xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quản lý đất đai của tỉnh Thái Nguyên bằng phần mềm ArcGIS

xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quản lý đất đai của tỉnh Thái Nguyên bằng phần mềm ArcGIS

Lời nói đầu

Trong tình hình hiện nay, đi đôi với sự phát triển kinh tế là sựkhai thác tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là đất đai ở tỉnh miền núi vàtrung du với tốc độ cha từng thấy dẫn tới những hậu quả trầm trọng: Suythoái các nguồn tài nguyên thiên nhiên và chất lợng môi trờng Do đó,công tác theo dõi, quản lý và khai thác đất đai theo đúng mục đích sửdụng đất; dự báo kịp thời về tình trạng suy thoái tài nguyên đất, đ a racác phơng hớng và biện pháp bảo vệ đất đai đang ngày càng trở lên cấpbách

Để làm tốt công tác quản lý tài nguyên đất ở quy mô quốc gia vàquy mô của một tỉnh, Nhà nớc cần có những cơ sở dữ liệu khoa học, quản

lý các thông tin về đất, đầy đủ, chính xác và đ ợc cập nhật thờng xuyên

Có nh vậy mới nhanh chóng đa ra các giải pháp, các quyết định hợp lýtrong quá trình xây dựng chiến lợc phát triển kinh tế xã hội và giám sáttài nguyên môi trờng nh khuyến cáo hoặc vạch ra hớng sử dụng hợp lý

đất đai, giảm tối đa các ảnh hởng tiêu cực đến môi trờng sinh thái, trongcác dự án phát triển kinh tế ở các địa phơng

Hiện nay tại các tỉnh, các cơ quan nghiên cứu trung ơng đã tậptrung đợc một khối lợng lớn các thông tin, số liệu điều tra về đất đaicủa mỗi tỉnh, địa phơng, nhng việc tập hợp, xử lý, sử dụng và khai thácchúng còn nhiều khó khăn, do tình hình phân tán và thiếu hệ thống củachúng Nhu cầu có một phơng pháp và phơng tiện quản lý các loại dữliệu, thông tin về tài nguyên thiên nhiên nói chung, về đất đai nói riêngngày càng trở lên cấp bách Trong lĩnh vực này, công nghệ thông tin có

ý nghĩa to lớn và đóng một vai trò quyết định để đáp ứng nhu cầu cấpbách này

Công nghệ thông tin ứng dụng, mà trực tiếp là công nghệ hệ thốngthông tin địa lý, là một công nghệ còn khá mới mẻ nh ng đã đợc ứng dụng

và phát triển ở Việt Nam khá sớm Hiện nay, hệ thống thông tin địa lý

đang đợc sử dụng nh một hệ thống các công cụ hữu hiệu để lu trữ, xử lý,cập nhật, quản lý và xuất các thông tin địa lý phục vụ cho các mục đíchứng dụng cụ thể khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý tài nguyên,quy hoạch lãnh thổ

ở Việt Nam, hệ thống thông tin địa lý cũng đợc nghiên cứu, ứngdụng và phát triển nh một yếu tố khách quan Nó cho phép tổ chức, sắpxếp các dữ liệu địa lý thành một cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh, thích hợp choviệc xử lý tự động trên máy tính Nó có khả năng nhập, l u trữ, cập nhậtmột khối lợng thông tin lớn, đa dạng; xử lý và phân tích, đ a các thôngtin về một hệ quy chiếu thống nhất, có khả năng chiết xuất thông tin,phát hiện các quy luật và những mối tơng tác giữa các đối tợng và hiện

tợng nghiên cứu, nhằm kịp thời và nhanh chóng đ a ra các giải pháp hoặcquyết sách cho các vấn đề cụ thể về sử dụng hợp lý tài nguyên và cácvấn đề thực tiễn khác

Trong lĩnh vực quản lý đất đai và môi tr ờng, công nghệ HTTĐL

có ý nghĩa và tác dụng to lớn Đây là một công nghệ của hôm nay và t

-ơng lai Sử dụng HTTĐL là một xu hớng đang phát triển mạnh mẽ trongcác ngành nghiên cứu và sử dụng thông tin không gian Chính vì lẽ đó

em đã lựa chọn đề tài Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quản“Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quản

lý đất đai của tỉnh Thái Nguyên bằng phần mềm ArcGIS ” Đồ án

đ-ợc thể hiện trong ba chơng:

Chơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý.

Chơng II: Xây dựng cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý.

Chơng III: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quản lý

đất đai của tỉnh Thái Nguyên bằng phần mềm Arcgis.

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng song đồ án cũng không thể tránhkhỏi những sai sót Em rất mong nhận đ ợc những ý kiến đóng góp quýbáu của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2008.Sinh viên: Lê Thị Thanh Thuỳ Lớp : Trắc Địa A-K48

Chơng i:

tổng quan về hệ thống thông tin địa lý.

I.1.Sơ lợc về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lý.

Trên thế giới, lịch sử phát triển và ứng dụng của HTTTĐL (GIS) đã cókhởi điểm từ những năm 50 của thế kỷ XX Lúc đó, các nhà bản đồ học và tinhọc trên thế giới đã kết hợp suy nghĩ, nghiên cứu về một hệ thống máy móc vàthiết bị vẽ bản đồ tự động Những ứng dụng sớm nhất và hình thành nền tảng

về GIS là ở Canađa, nơi mà những nghiên cứu về kỹ thuật sử dụng máy tính để

lu trữ và xử lý số liệu, lập bản đồ và xử lý các thông tin không gian lần đầutiên đợc thực hiện Tuy nhiên, các thiết bị máy tính thời đó rất to lớn, cồngkềnh; việc nhập dữ liệu chậm và khó khăn nên những hệ tự động hoá ít khảnăng thâm nhập vào thực tế Lúc đó, những phiên bản đầu tiên của cácHTTTĐL là những phần mềm nhập dữ liệu và vẽ bản đồ đơn giản; việc xử lýcác thông tin đồ hoạ còn rất hạn chế

Từ 1960-1980: Là thời kỳ tìm tòi và khám phá về kỹ thuật đồ hoạ củacông nghệ thông tin Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà những khả

năng xử lý đồ hoạ trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện Hàng loạt cácchơng trình phần mềm xử lý đồ hoạ và các phiên bản đầu tiên của các phầnmềm GIS ra đời nh phần mềm ARC/infor.

Từ 1980-1990: Công nghệ GIS phát triển mạnh mẽ, trở thành một côngnghệ có tính thơng mại, đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và hoạt độngthực tiễn có sử dụng thông tin không gian Đặc biệt ở Mỹ, Canađa và châu Âu, ng-

ời ta đã xây dựng và không ngừng hoàn thiện các chơng trình phần mềm có uy tínquốc tế nh ARC/infor, PCI, ILWIS, SPAND, IDRISI,

Công nghệ vi điện tử và công nghiệp sản xuất máy tính cá nhân (PC)phát triển mạnh; máy tính trở thành công cụ phổ biến trong mọi hoạt độngnghiên cứu, thiết kế và quản lý xã hội Những phần mềm HTTTĐL chạy trên

PC ngày càng phát triển đã làm cho công nghệ HTTTĐL lan truyền nhanhchóng đến các nớc đang phát triển ở châu á và càng ngày càng thâm nhập sâuvào lĩnh vực địa lý và bản đồ

ở Việt Nam, công nghệ HTTTĐL cũng đợc ứng dụng và phát triểnnhanh chóng cùng với công nghệ thông tin nói chung Theo các nhà hoạt độngtrong lĩnh vực này, sự hình thành và phát triển công nghệ HTTTĐL ở ViệtNam có thể chia thành các thời kỳ:

Từ 1980-1985: Bắt đầu nghiên cứu về HTTTĐL

Từ 1985-1994: Tìm tòi và những ứng dụng đầu tiên

Từ 1995 đến nay: Bùng nổ và phát triển

Thời kỳ 1980-1985: Là giai đoạn bắt đầu với những hiểu biết sơ bộ và

tiếp xúc với HTTTĐL qua các cán bộ đợc đào tạo ở nớc ngoài và một sốchuyên gia có dịp tham gia các hội thảo quốc tế về công nghệ thông tin và hệthống thông tin địa lý

Trong giai đoạn này, chúng ta cha nhập đợc các chơng trình phần mềmmạnh Các phần mềm tự viết và phát triển khả năng đồ hoạ còn rất yếu, chỉmới giải quyết đợc các nhiệm vụ nhập và xuất dữ liệu

Các thiết bị phần cứng còn thiếu thốn và ít Do đó, chúng ta cha có cácứng dụng cụ thể, song các cơ quan đã bắt đầu quan tâm nghiên cứu vềHTTTĐL và hớng phát triển thành lập, biên tập và sản xuất bản đồ với sự hỗtrợ của máy tính điện tử

Công tác đào tạo về HTTTĐL cha phát triển, hội thảo về HTTTĐL cha

đợc tổ chức, công nghệ này còn cha đợc ứng dụng rộng rãi, các ứng dụng mớichỉ mang tính chất thử nghiệm

Thời kỳ 1985-1994: Những tìm tòi và ứng dụng đầu tiên mới chỉ đợc

thực hiện ở một số chuyên ngành và một số cơ quan ứng dụng cụ thể, trớc hết

là các cơ quan nghiên cứu về công nghệ thông tin, tiếp đó là một số cơ quanquản lý tài nguyên nh: Nông nghiệp, lâm nghiệp, địa chất,

Trong giai đoạn này, những thiết bị phần cứng đã có những tiến bộ lớn, đã cónhiều máy tính và thiết bị phụ trợ, nhng giá thành đắt, không phải cơ sở nào cũngmua đợc, do đó đã hạn chế các ứng dụng tại nhiều cơ quan Tuy nhiên, đối vớinhững nơi đợc chú trọng phát triển nh: Viện Công nghệ thông tin, các công ty máy

tính, các dự án, đề án, các chơng trình cấp nhà nớc đã bắt đầu triển khai các đề tài,

đề án về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ HTTTĐL

Trong lĩnh vực ứng dụng và sản xuất các chơng trình phần mềm, có hai

xu hớng:

- Các chuyên gia lập trình và các chuyên gia của các ngành khác nhaucủa Việt Nam phát triển xây dựng các phần mềm HTTTĐL nh: POPMAP của

Vũ Duy Mẫn và nhiều ngời khác (1993), CAMAP của Lại Huy Phơng và công

ty AIC, WINGIS của Công ty DOLSOFT (1995),

- Mua và sử dụng các phần mềm nớc ngoài nh MAPINFO, ARC/info,MGE (Viện Thông tin lu trữ và Bảo tàng địa chất, Viện Khoa học và Côngnghệ Địa chính, Viện Địa lý, Trung tâm Viễn thám Geomatic, thuộc Trungtâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, Viện Thiết kế và quy hoạchnông nghiệp, Trung tâm T vấn thông tin Tài nguyên rừng- Viện Điều tra quyhoạch rừng- Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn)

Những kết quả nghiên cứu ứng dụng cơ bản của giai đoạn này thuộc cáclĩnh vực: Điều tra quy hoạch quản lý các tiểu khu, các loại rừng, thống kê diệntích rừng trong nông nghiệp, xây dựng các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiênnhiên, quản lý các thông tin khoáng sản và bản đồ địa chất Nhiều cơ quan đãtiến hành số hoá bản đồ và lu trữ thông tin chuyên ngành, quản lý dữ liệuchuyên ngành dới dạng các HTTTĐL Công tác đào tạo về HTTTĐL đã bớc

đầu đợc chú ý, song còn mang tính tự phát, nhằm đáp ứng các nhu cầu cụ thểcủa các cơ quan, cha hệ thống, quy mô còn nhỏ Chủ yếu nhằm hớng dẫn sửdụng các chơng trình phần mềm

Thời kỳ 1995 tới nay: Là giai đoạn phát triển và bùng nổ của

HTTTĐL Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của các công ty máy tính, của các nhàsản xuất và cung cấp thiết bị tin học, tại Việt Nam đã có mặt các sản phẩmcủa hầu hết các nhà sản xuất thiết bị máy tính, cần thiết cho các ứng dụng hệthống thông tin địa lý nh: Hãng Máy tính IBM, COMPAQ, SUN, ACER,INTERGRAPH, và các hãng sản xuất các thiết bị ngoại vi: Máy quét, bàn sốhoá, máy in HP, EPSon, CALCOM,

Một thị trờng sôi động về thiết bị công nghệ thông tin đã giúp cho chiphí các phần cứng giảm dần Các cơ quan nghiên cứu và ứng dụng công nghệthông tin có thể trang bị các thiết bị nhập dữ liệu và các thiết bị xuất dữ liệumột cách dễ dàng

Các phần mềm tiên tiến trong công nghệ HTTTĐL, kết hợp với côngnghệ viễn thám đều đã có mặt tại Việt Nam Đại lý của các hãng nh:MAPINFOR, ARC/info cũng đợc đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Cácphần mềm của Việt Nam cũng ngày càng đợc hoàn thiện và phổ cập hơn

Đào tạo về công nghệ HTTTĐL không những đợc thực hiện trong cáctrờng đại học, mà còn đợc đa vào chơng trình giáo dục phổ thông Đặc biệt,

trong chơng trình Công nghệ Thông tin của Nhà nớc đã có một dự án về pháttriển HTTTĐL cho các tỉnh của Việt Nam.

Công nghệ HTTTĐL không còn là vấn đề của một cơ quan, một đơn vịnghiên cứu, mà đã trở thành một chiến lợc của Nhà nớc; một công nghệ trong

hệ thống thông tin đợc Nhà nớc quan tâm và khuyến khích phát triển

Cũng từ năm 1995 công nghệ HTTĐL đợc ứng dụng rộng rãi trong cácngành và trở thành công cụ không thể thiếu cho ngành kinh tế quốc dân

I.2 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý.

I.2.1 Khái niệm về GIS

Hiện nay công nghệ thông tin đang phát triển mạnh nh vũ bão, nhiềucông nghệ tiên tiến trớc đây chỉ có ở đợc những nớc đang phát triển thì hiệnnay đã có mặt tại Việt Nam Đối với các sản phẩm công nghệ thông tinchuyên nghiệp nh HTTTĐL, tuy là các nhà cung cấp luôn đa ra những sảnphẩm dễ dùng, tiện lợi nhất nhng thực tế là vẫn có khoảng cách giữa các nhàchuyên môn và các sản phẩm công nghệ nói trên Tại Việt Nam, HTTTĐL đ-

ợc ứng dụng chủ yếu cho lĩnh vực số hoá Sau giai đoạn số hoá, ngời ta sẽ cần

đến HTTTĐL ở các chức năng phân tích khác để giải quyết các bài toán ứngdụng

Vậy GIS là gì ?

Khái niệm HTTTĐL đợc hình thành từ ba khái niệm “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quảnđịa lý, thông tin,

hệ thống” và đợc viết tắt là GIS ý nghĩa của chúng đợc diễn giải nh sau:

Tại Mỹ: Geographic Information Systems.

Tại Anh, Oxtrâylia, Canada: Geographical Information Systems.

Theo “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quảnNghiên cứu lý thuyết và quan niệm của hệ thống thông tin địa lý

và các công nghệ thông tin địa lý”.: Geographic Information Science.

Hệ thống máy tính ngay từ ban đầu đã nhanh chóng đợc sử dụng hữu hiệuvào các công việc liên quan đến địa lý và phân tích địa lý Cùng với sự ứng dụngmáy tính ngày càng tăng, khái niệm mới GIS đợc phát triển từ những năm 1960

Có nhiều định nghĩa GIS đã ra đời, dới đây là một vài định nghĩa hay

đ-ợc sử dụng:

Burrough, 1986: GIS là những công cụ mạnh để tập hợp lu trữ, truy cập,

khôi phục, biểu diễn dữ liệu không gian từ thế giới thực đáp ứng những yêucầu đặc biệt

Lord Chorley, 1987: GIS là hệ thống thu nạp, lu trữ, kiểm tra, tích hợp,

vận dụng, phân tích và biểu diễn dữ liệu tham chiếu tới mặt đất Những dữ liệunày thông thờng là cơ sở dữ liệu tham chiếu không gian dựa trên những phầnmềm ứng dụng

Michael Zeiler: Hệ thông tin địa lý GIS là sự kết hợp giữa con ngời

thành thạo công việc, dữ liệu mô tả không gian, phơng pháp phân tích, phầnmềm và phần cứng máy tính Tất cả đợc tổ chức quản lý và cung cấp thông tinqua sự trình diễn địa lý

Francois Charbonneau Ph.D: GIS là một tổng thể hài hoà của một

công cụ phần cứng và ngôn ngữ sử dụng để điều khiển và quản lý từ dữ liệu

cho đến phép chiếu không gian và của các dữ liệu mô tả có liên quan.

David Cowen, NCGIA, Mỹ: GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và

các thủ tục đợc thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá vàhiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian, để giải quyết các vấn đề quản lý vàlập kế hoạch phức tạp

Theo định nghĩa của dự án The Geographer s Craft, khoa địa lý,’s Craft, khoa địa lý, trờng

Đại học Texas: GIS là cơ sở dữ liệu số chuyên dụng trong đó hệ trục toạ độ

không gian là phơng tiện tham chiếu chính GIS bao gồm các công cụ để thựchiện các công việc sau đây:

- Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra

và các nguồn khác

- Lu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn cơ sở dữ liệu

- Biến đổi dữ liệu, phân tích mô hình hoá, bao gồm cả dữ liệu thống kê

và dữ liệu không gian

- Lập báo cáo bao gồm bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ, kế hoạch

Theo định nghĩa của Viện Nghiên Cứu Hệ Thống Môi Trờng ESRI, Mỹ:

GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đangtồn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất Công nghệ GIS tích hợp các thao táccơ sở dữ liệu nh truy vấn và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phântích thông kê bản đồ

Mặc dù có sự khác nhau về mặt tiếp cận, nhng nhìn chung các địnhnghĩa về GIS đều có các đặc điểm giống nhau nh: Bao hàm khái niệm dữ liệukhông gian (spatial data), phân biệt giữa hệ thông tin quản lý ManagementInformation System-MIS và GIS Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kếthợp của lập bản đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu So với bản

đồ thì GIS có lợi thế là lu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc táchbiệt nhau Do vậy, GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trêncùng tập dữ liệu

Cho đến nay các quan điểm về GIS đã thống nhất chung nh sau:

“Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quảnHTTTĐL là một hệ thống kết hợp giữa con ngời và hệ thống máy tính cùngcác thiết bị ngoại vi để lu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý đểphục vụ một mục đích nghiên cứu nhất định”

Hệ thống phần mềm trong HTTTĐL có thể kết nối thông tin về vị trí địa

lý của sự vật với những thông tin của bản thân sự vật, khác với bản đồ trêngiấy, HTTTĐL có thể tổ hợp nhiều lớp thông tin, mỗi loại thông tin trên bản

đồ có thể tổ hợp nhiều lớp thông tin riêng, ngời sử dụng có thể bật hoặc tắt cáclớp thông tin theo nhu cầu của mình

Điểm mạnh của HTTTĐL so với các bản đồ giấy chính là khả năng cập nhậtdữ liệu nhanh và cho phép chọn những thông tin cần theo mục đích sử dụng

HTTTĐL có vai trò quan trọng trong quy hoạch và quản lý môi trờng vì

nó giúp cho những ngời ra quyết định có một cách nhìn bao quát những khuvực có vấn đề và có thể dùng HTTTĐL để theo dõi nguồn gây ô nhiễm

I.2.2 Các thành phần của hệ thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 hợp phần cơ bản là: Thiết bị(hardware), Phần mềm (software), Dữ liệu địa lý (Geographic data), Chuyênviên (Expertise), Chính sách và cách thức quản lý (Policy and Management).Tất cả các hợp phần này cần đợc kết hợp một cách cân đối để hệ thống có thểhoạt động có hiệu quả

Hình I.1: Các thành phần cơ bản của GIS.

I.2.2.1 Thiết bị

Thiết bị bao gồm máy vi tính, máy vẽ, máy in, bàn số hoá, thiết bị quét

ảnh, và các phơng tiện lu trữ số liệu

I.2.2.1.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhấtcủa máy vi tính CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn

điều khiển lắp đặt phần cứng khác, nó thì cần thiết cho việc quản lý thông tintheo sau thông qua hệ thống

Bàn số hoá

Bộ xử lýTrung tâmC.P.UMáy vẽ

Plotter

ổ băng Tape drive

Màn hình V.D.U

Hình I.2: Các bộ phận cấu thành phần cứng máy tính.

I.2.2.1.2 Bộ nhớ trong (RAM)

Tất cả máy vi tính có bộ nhớ trong mà chức năng nh là “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quảnkhông gian làmviệc” cho chơng trình và dữ liệu Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) này cókhả năng giữ một giới hạn dữ liệu ở một số hạng thời gian Điều đó có nghĩa

nó ít có khả năng thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn trong hệ

Gb và rất thuận tiện để sao lu số liệu

I.2.2.1.4 Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (INPUT DEVICES )

* Digitizer

Bàn số hoá bản đồ bao gồm một hàng giống nh chiếc bàn viết, mà bản

đồ đợc trải rộng ra, và một con chuột cursor, đợc dùng để đa các đờng thẳng

và các điểm trên bản đồ đã đợc định vị vào thành dạng số Trong toàn bộ bàn

số hoá, việc tổ chức đợc ghi bởi phơng pháp của một cột lới đã gắn vào trongbảng Dây tóc của cursor phát ra do sự đẩy của từ tính điện mà nó tìm thấy bởicột lới sắt và đợc chuyển giao đến máy vi tính nh một cặp tơng xứng Hầu nhcác cursor đợc vừa vặn với 4 hoặc nhiều nút cho việc chuyển tín hiệu đặc biệtcho việc điều khiển chơng trình Các bàn số hoá hiện nay có kích thớc thay

đổi từ bảng nhỏ 27cmx27cm đến bảng lớn 1mx1.5m

* Máy quét (Scanner)

Máy quét sẽ chuyển thông tin trên bản đồ tơng xứng một cách tự độngthành dạng file Raster Một cách luân phiên nhau, bản đồ có thể đợc trải rộng

ra trên bàn mà đầu scanning di chuyển trong một loạt đờng thẳng song songnhau

* Thiết bị đầu ra (output devices)

- Máy in (printer): Là bộ phận dùng để in ấn các thông tin, bản đồ, dớinhiều kích thớc khác nhau tuỳ theo yêu cầu của ngời sử dụng, thông thờngmáy in có khổ lớn từ A4 đến A2 Máy in có thể là máy in phun màu, máylaser, hoặc máy in kim (hiện nay đã không còn sử dụng nữa)

- Máy vẽ (plotter): Đối với những yêu cầu cần thiết phải in các bản đồ

có kích thớc lớn, thờng máy in không đáp ứng đợc mà ta phải dùng đến máy

vẽ Máy vẽ thờng có kích thớc của khổ A1 hoặc A0

I.2.2.2 Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máytính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý cóthể là một tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm đợc sử dụng trong kỹthuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:

Hình I.3: Các Modul phần mềm của GIS.

- Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khía cạnh

về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng sốtơng thích Có một loạt các công cụ máy tính dành cho công việc này, kể cảterminal trao đổi hoặc màn hình, bàn số hoá, các file văn bản dữ liệu, máyquét (dùng trong các vệ tinh hoặc máy bay để ghi lại trực tiếp dữ liệu haychuyển đổi các loại bản đồ) và các thiết bị cần thiết để ghi lại dữ liệu đã cósẵn trên các vật mang tin từ tính nh: Băng, trống từ và đĩa Việc nhập và chỉnhsửa dữ liệu đòi hỏi phải xây dựng một cơ sở dữ liệu Đây là giai đoạn rất quantrọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý

Hình I.4: Công tác nhập dữ liệu.

Nhập dữ liệu

Nhập lệnhhỏi đáp Cơ sở dữ liệuđịa lý

Hiển thị và báo cáo Truyền tin

Bộ cảm ứng

Files văn bản

Bản đồ đã có Quan trắc thực địa

Terminal

trao đổi

Bàn số hoá

Files văn bản

Files văn bản

Nhập dữ liệu

- Lu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database): Lu trữ và quản

lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phơng pháp kết nối thông tin vị trí (topology) vàthông tin thuộc tính (attributes) của các đối tợng địa lý (điểm, đờng) đại diệncho các đối tợng trên bề mặt Trái đất Hai thông tin này đợc tổ chức và liên hệqua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội đợc bởi ngời

sử dụng hệ thống

Hình I.5: Lu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu.

- Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu đa ra là các báo cáo kếtquả quá trình phân tích tới ngời sử dụng, có thể bao gồm các dạng: Bản đồ,bảng biểu, biểu đồ, lu đồ đợc thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ…

Hình I.6: Các hình thức thể hiện dữ liệu.

- Biến đổi dữ liệu (Data Transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp

điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến đổidữ liệu có thể đợc thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tínhmột cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai

- Tơng tác với ngời dùng (Query input): Giao tiếp với ngời dùng là yếu tốquan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào Các giao diện ngời dùng ởmột hệ thông tin đợc thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó

I.2.2.3 Chuyên viên

Đây là một trong những hợp phần quan trọng của GIS, đòi hỏi những

Thể hiện và báo cáo

Chuyển đổi

Xử lý

chuyên viên hớng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân tích

và xử lý các số liệu Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS

để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang đợc sử dụng và thông hiểu cáctiến trình đang và sẽ thực hiện

I.2.2.4 Dữ liệu địa lý

Số liệu đợc sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẻ màcòn phải đợc thiết kế trong một cơ sở dữ liệu Những thông tin địa lý có nghĩa

là sẽ bao gồm các dữ liệu về vị trí địa lý, thuộc tính của thông tin, mối liên hệkhông gian của các thông tin và thời gian Có hai dạng số liệu đợc sử dụngtrong kỹ thuật GIS là:

I.2.2.4.1 Cơ sở dữ liệu bản đồ

Là những mô tả hình ảnh bản đồ đợc số hoá theo một khuôn dạng nhất

định mà máy tính hiểu đợc HTTTĐL dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra cácbản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác nh máy in, máy vẽ

- Số liệu Vector: Đợc trình bày dới dạng điểm, đờng, diện tích, mỗi

dạng có liên quan đến một số liệu thuộc tính đợc lu trữ trong cơ sở dữ liệu

- Số liệu Raster: Đợc trình bày dới dạng lới ô vuông hay lới chữ nhật

đều nhau, giá trị đợc ấn định cho mỗi ô sẽ đợc chỉ định giá trị của thuộc tính

Số liệu của ảnh vệ tinh và các loại số liệu bản đồ đợc quét là các loại số liệuRaster

I.2.2.4.2 Số liệu thuộc tính

Đợc trình bày dới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để mô tả cácthuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý

Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thờng đợc sử dụngnhất Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tínhliên tục nh: Nhiệt độ, cao độ, và thực hiện các phân tích không gian của sốliệu Còn số liệu thuộc tính đợc dùng để mô tả cơ sở dữ liệu

Có nhiều cách để nhập số liệu, nhng cách thông thờng hiện nay là sốhoá bằng bàn số hoá, hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh

I.2.2.5 Chính sách và quản lý

Đây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệthống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS

Hệ thống GIS cần đợc điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này cần

đ-ợc bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả đểphục vụ ngời sử dụng thông tin

Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải đợc đặt trong một khung

tổ chức phù hợp và có những hớng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lu trữ vàphân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển đợc hệ thống GIS theo yêucầu Hệ thống GIS cần đợc điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận nàycần đợc bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để

phục vụ ngời sử dụng thông tin Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ cóthể đạt đợc và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ đợc minh chứng khi công cụnày có thể hỗ trợ những ngời sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện đợcnhững mục tiêu công việc Ngoài ra, việc phối hợp giữa các cơ quan chứcnăng có liên quan cũng phải đợc đặt ra, nhằm tăng gia hiệu quả sử dụng củaGIS cũng nh các nguồn số liệu hiện có.

Trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai tròrất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, nó tác động đếntoàn bộ các hợp phần nói trên đồng thời là yếu tố quyết định sự thành côngcủa việc phát triển công nghệ GIS

I.2.3 Các chức năng của hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 chức năng cơ bản sau:

Hình I.7: Chức năng của GIS.

Vai trò và sức mạnh của các chức năng của các hệ thống GIS khác nhau

là khác nhau và kỹ thuật xây dựng các chức năng đó cũng rất khác nhau HìnhI.7 mô tả mối quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tinkhác nhau của GIS

I.2.3.1 Thu thập dữ liệu

Thu thập dữ liệu là tiến trình thu thập dữ liệu theo khuôn mẫu áp dụng

đợc cho GIS Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuônmẫu dữ liệu có sẵn từ các nguồn bên ngoài nh: Từ bản đồ, số liệu đo đạc ngoạinghiệp, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và các thiết bị ghi thành một hình thức t-

ơng thích

Việc nhập dữ liệu phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Tất cả các thông tin đầu vào phải đảm bảo tính chính xác duy nhất vàkhông có lỗi khi miêu tả thuộc tính

- Kiểm tra các lỗi về sai lệch vị trí, tỷ lệ, độ méo hình, tính không đầy

đủ của các thông tin dữ liệu không gian bằng cách vẽ ra với cùng tỷ lệ và sosánh với các thông tin gốc

- Kiểm tra các thông tin sai sót đối với các thông tin không gian bằngcách in và kiểm tra so với thông tin gốc

I.2.3.2 Xử lý sơ bộ dữ liệu (Biến đổi dữ liệu)

Xử lý dữ liệu thô bao gồm hai thao tác:

- Những biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các dữ liệu)hoặc đa chúng vào số liệu mới hoặc so sánh với các tập hợp dữ liệu khác

- Sử dụng các phơng pháp phân tích khác nhau đối với dữ liệu ảnh vệ tinh.Mức độ xử lý dữ liệu thô là khác nhau và phụ thuộc vào mục đích sửdụng GIS Việc biến đổi dữ liệu đợc thực hiện trên dữ liệu không gian và dữliệu thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai Những phơng phápứng dụng đợc áp dụng rộng rãi nhất là phân tích mô hình không gian hay môhình hoá địa lý Mô hình này quan niệm thông tin không gian bao gồm môhình hớng đối tợng, mạng và bề mặt Điều này đòi hỏi không chỉ chức năngtạo lập mô hình dữ liệu Vector có cấu trúc topo và mô hình dữ liệu Raster mà

Quản Trị CSDL

còn có khả năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp và sơ đồ mẫu, làm

đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu Những phép biến đổi trên có thể thay

đổi tỷ lệ, kích thớc đa chúng về một hệ quy chiếu mới, tính toán chu vi, diệntích,

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữliệu Raster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu Vector sang

Raster hay còn gọi là Vector hoá Raster hoá là tiến trình chia đờng hay vùng thành các tế bào Ngợc lại, Vector hoá là tập hợp các tế bào (pixel) để tạo

thành đờng hay vùng

Việc liên kết dữ liệu cũng có thể coi nh quá trình biến đổi dữ liệu, cónhiều kiểu liên kết dữ liệu nh kiểu 1-1, 1-n hay n-n Liên kết dữ liệu là quá trìnhrất quan trọng, bởi khi giải quyết một vấn đề nào đó trong HTTTĐL thì cần phảikết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với nhiều dạng kết hợp chuẩn trong mộtmôi trờng nhất định để từ đó có một cách nhìn riêng biệt hay tổng thể

I.2.3.3 Lu trữ và quản lý dữ liệu

Việc lu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến việc tổ chức các dữ liệu

và vị trí, các mối liên kết topo, các tính chất của các yếu tố địa lý (điểm, đờng,mặt)

I.2.3.4 Tìm kiếm và phân tích không gian

Việc tìm kiếm và phân tích không gian là cốt lõi chung nhất của GISphải đáp ứng đòi hỏi của mọi ứng dụng Chúng bao gồm các chức năng:

- Tìm kiếm nội dung trong vùng không gian: Là tìm kiếm các đối tợngbản đồ hay một phần của chúng nằm trong một vùng cho trớc Vùng đó có thể

là cửa sổ chữ nhật và đợc xác định bởi hai cặp toạ độ và nó đợc xem nh làphép truy vấn cơ sở dữ liệu đơn giản

- Tìm kiếm trong khoảng cận kề: Là tìm ra các vùng nối trực tiếp với

đối tợng xác định trớc

- Tìm kiếm hiện tợng và thao tác phủ (overlay): Việc tìm kiếm hiện ợng đợc chia thành hai nhóm chức năng:

t-1 Tìm một loại hiện tợng mà không quan tâm đến các hiện tợng còn lại:

Đây là trờng hợp tìm kiếm không gian dựa trên thuộc tính đã xác định trớc

2 Tìm kiếm những vùng đợc xác định bởi các hiện tợng: Đây là trờnghợp tìm kiếm một vùng thoả mãn các điều kiện cho trớc

- Phân tích đờng đi và dẫn đờng: Là sử dụng mô hình dữ liệu mạng hay

sử dụng mô hình dữ liệu Raster để tìm đến con đờng dẫn đến các đối tợng cầntìm một cách ngắn nhất, giá rẻ nhất

- Mô hình hoá tơng tác không gian: Là sử dụng GIS để tìm ra nhữngvùng tối u phục vụ cho các mục đích sử dụng

I.2.3.5 Hiển thị đồ hoạ và tơng tác

Việc hiển thị bản đồ và các dữ liệu GIS cộng với tơng tác ngời sử dụng

là yếu tố hoàn toàn thiết yếu cho sự thừa nhận bất cứ một thứ thông tin nào

Thành phần này cũng nh giao diện với ngời sử dụng ở một hệ thống tin họcbất kỳ đợc thiết kế phụ thuộc vào mục đích sử dụng.

I.2.4 Cấu trúc dữ liệu của GIS

Cơ sở dữ liệu cho một hệ thống GIS bao gồm hai cơ sở dữ liệu thànhphần chính là: Cơ sở dữ liệu địa lý và cơ sở dữ liệu thuộc tính

I.2.4.1 Cấu trúc dữ liệu địa lý (còn đợc gọi là cấu trúc dữ liệu không gian)

Dữ liệu không gian là dữ liệu phản ánh sự phân bố, vị trí hình dạng củacác đối tợng địa lý Dữ liệu địa lý đợc nhận biết bởi toạ độ địa lý, đợc hìnhthành từ các phần tử mô tả và phần tử đồ hoạ

Để mô tả cấu trúc dữ liệu không gian ngời ta sử dụng hai kiểu môhình dữ liệu đó là: Mô hình cấu trúc dữ liệu Vector và mô hình cấu trúc dữliệu Raster

I.2.4.1.1 Cấu trúc dữ liệu Raster

Mô hình dữ liệu kiểu Raster là phơng pháp thể hiện các dữ liệu đồ hoạbằng hệ thống các ô vuông hay pixel theo hàng và cột Pixel là đơn vị cơ bảncủa mô hình Raster Vị trí của các đối tợng địa lý đợc xác định bằng vị trí củacác pixel

Trong cấu trúc dữ liệu Raster các yếu tố điểm, đờng, vùng đợc xác định

nh sau:

- Yếu tố điểm: Điểm đợc xác định tơng ứng với một pixel độc lập.

- Yếu tố đờng: Đờng đợc coi là các pixel liên tiếp nhau có cùng giá trị.

- Yếu tố vùng: Vùng đợc xác định bởi một tập hợp các pixel có cùng

giá trị liên tục nhau theo các hớng

Ta thấy biểu diễn hai chiều của dữ liệu địa lý theo cấu trúc Raster làkhông liên tục nhng đợc định lợng hoá để có thể đánh giá đợc độ dài, diệntích Dễ thấy không gian càng đợc chia nhỏ thành nhiều cell thì tính toán càngchính xác

Biểu diễn Raster đợc xây dựng trên cơ sở hình học Ơcơlit Mỗi một celltơng ứng với một diện tích vuông trên thực tế Độ lớn cạnh của ô vuông nàycòn đợc gọi là độ phân giải của dữ liệu

Trong cấu trúc dữ liệu Raster, phơng pháp chồng xếp bản đồ nhờ vàophơng pháp đại số bản đồ

Dữ liệu Raster có dung lợng rất lớn nếu không có cách lu trữ thích hợp.Thông thờng ngời ta hay dùng các phơng pháp nén TIEF, RLE, JPEG, GIF, Ngoài ra, còn có thể sử dụng phơng pháp biểu diễn ô chữ nhật phân cấp đểbiểu diễn dữ liệu địa lý dới dạng Raster Trong phơng pháp này, ngời ta chiadiện tích vùng dữ liệu ra thành các ô chữ nhật không đều nhau mà theo cáchlần lợt chia đôi các cell bắt đầu từ hình chữ nhật lớn nhất bao phủ diện tích dữ

liệu Quá trình chia cứ tiếp tục khi nào các cell đủ nhỏ để đạt độ chính xác cầnthiết.

Hình I.8: Điểm, đờng, đa giác.

Cấu trúc dữ liệu Raster có những u, nhợc điểm sau:

* Ưu điểm:

- Cấu trúc rất đơn giản

- Dễ dàng sử dụng cho các phép toán chồng xếp và các phép toán xử lý

ảnh viễn thám

- Dễ dàng thực hiện nhiều phép phân tích khác nhau

- Bài toán mô phỏng là có thể thực hiện đợc do đơn vị không gian làgiống nhau (cell)

- Kỹ thuật rẻ tiền và có thể phát triển mạnh

* Nhợc điểm:

- Dung lợng dữ liệu lớn

- Độ chính xác có thể giảm nếu sử dụng không hợp lý kích thớc cell

- Bản đồ hiển thị không đẹp

- Các bài toán mạng rất khó thực hiện

- Khối lợng tính toán để biến đổi toạ độ là rất lớn

I.2.4.1.2 Cấu trúc dữ liệu Vector

Mô hình dữ liệu kiểu Vector là mô hình thể hiện các đối tợng địa lýgiống nh các bản đồ truyền thống: Các dữ liệu đồ hoạ đợc thể hiện giống vớihình dạng thực tế của nó, bằng các yếu tố hình học đơn giản là điểm, đờng,vùng và các quan hệ topo

Trong cấu trúc dữ liệu Vector, thực thể không gian đợc biểu diễn thôngqua các phần tử cơ bản là điểm, đờng, vùng và các quan hệ topo (khoảng cách,tính liên thông, tính kề nhau, ) giữa các đối tợng với nhau Vị trí không giancủa thực thể không gian đợc xác định bởi toạ độ trong một hệ toạ độ thốngnhất toàn cầu

- Yếu tố điểm: Đợc dùng cho tất cả các đối tợng không gian mà đợc

biểu diễn nh một cặp toạ độ (X, Y) Ngoài giá trị toạ độ (X, Y), điểm còn đợcthể hiện kiểu điểm, màu, hình dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm Do đó, trênbản đồ điểm có thể đợc biểu hiện bằng ký hiệu text

- Yếu tố đờng: Đợc dùng để biểu diễn tất cả các thực thể có dạng tuyến

đợc tạo nên từ hai hoặc hơn cặp toạ độ (X, Y): Đờng giao thông, hệ thống ốngthoát nớc, Ngoài toạ độ, đờng còn có thể bao hàm cả góc quay tại đầu nút

- Yếu tố vùng: Là một đối tợng hình học hai chiều Vùng có thể là một

đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản Số liệu định vị của yếu

tố điểm đợc xác định bởi đờng bao của chúng

Nói chung, không có sự khác biệt giữa việc lu trữ số liệu định vị của

yếu tố đờng và số liệu định vị của yếu tố vùng, cả hai đều lu trữ dới dạng tậphợp các điểm của một đờng Nhng có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu

định vị kèm theo yếu tố đợc hiển thị (điểm, đờng, vùng) Đờng bao của mộtvùng khép kín (tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau) Ngợc lại, một đờngkhép kín không phải trong trờng hợp nào cũng phản ánh một vùng (ví dụ đờngbình độ là một đờng khép kín nhng không là yếu tố vùng)

Hình I.9: Toạ độ của điểm, đờng, đa giác.

Trong thực tế các yếu tố vùng nằm kề nhau Để giảm việc lãng phí bộnhớ do lu giữ các cạnh chung hai lần ngời ta tiến hành lu trữ mỗi cạnh mộtlần Đồng thời cung cấp cho từng vùng những thông tin thuộc tính về cạnhcủa nó

Trờng hợp các điểm chung thì cũng lu trữ toạ độ mỗi điểm một lần vàcung cấp cho đờng những thông tin thuộc tính về các điểm thuộc đờng Sựtiết kiệm bộ nhớ này chỉ thực sự có giá trị khi số lợng cạnh chung khá lớn

Cấu trúc dữ liệu Vector có những u, nhợc điểm sau:

- Khả năng sửa chữa, bổ sung, thay đổi các dữ liệu hình học cũng nhthuộc tính nhanh, tiện lợi.

- Các bài toán phân tích và các phép lọc là rất khó thực hiện

I.2.4.1.3 Chuyển đổi dạng dữ liệu Vector sang dữ liệu Raster và ng ợc lại

Sự chuyển đổi từ Vector sang Raster hoặc từ Raster sang Vector là cầnthiết khi hai dữ liệu đợc lu giữ trong những mô hình dữ liệu khác nhau

- Chuyển từ dữ liệu Raster sang dữ liệu Vector có nghĩa là tạo ra các

điểm, đờng, vùng Độ chính xác của sự chuyển đổi phụ thuộc vào kích cỡ ôcủa hệ Raster Quá trình trở lên phức tạp trong trờng hợp là dữ liệu số

- Chuyển từ dữ liệu Vector sang dữ liệu Raster thì toàn bộ thông tin cần

đợc chia nhỏ thành các ô Raster Để làm đợc việc này, lới của các ô đợc đặttrên bản đồ vector cơ sở và thông tin ở mỗi ô đợc gán vào ô khi chuyển một

điểm sang thành một ô, vị trí chính xác của nó mờ nhạt dần và trở lên kémchính xác Bất kỳ một đối tợng Vector nào cũng sẽ đợc biểu diễn kém chínhxác hơn trong hệ thống Raster

I.2.4.2 Cấu trúc dữ liệu thuộc tính (còn gọi là cấu trúc dữ liệu phi không gian)

Là những tính chất, đặc điểm riêng mà thực thể không gian cần đến đểthể hiện trong HTTTĐL Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS

là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ

và dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính thờng đợc lu trữ dới dạng bảng mànhững bảng này thì đợc liên kết với dữ liệu không gian thông qua những mãxác định

Ví dụ: Một con đờng cần đợc số hoá nh một tệp các pixel nối với nhautrong cấu trúc dữ liệu Raster hoặc là một thực thể dạng đờng trong cấu trúcVector Đờng trong HTTTĐL lại còn đợc thể hiện một màu nào đó hoặc một

ký hiệu hoặc một vài con số đi kèm theo Các con số đi kèm này có thể là kiểucủa đờng, dạng bề mặt đờng, phơng pháp xây dựng, ngày xây dựng, Tất cảcác số liệu này đều gán chung cho một thực thể, do đó sẽ hết hiệu quả nếuchúng ta ghi và quản lý chúng riêng Các dữ liệu này có chung một mã khoávới thực thể mà nó gắn với khi cần, lần theo mã khoá đó, ngời ta sẽ nhanhchóng khôi phục toàn bộ số liệu và thực thể

Mô hình cấu trúc dữ liệu thuộc tính có thể là mô hình mạng, mô hình phâncấp, mô hình quan hệ hoặc một số dạng khác Trong đó mô hình dữ liệu quan hệ

là mô hình đợc hình thức hoá toán học chặt chẽ, giảm bớt các thông tin trùng lặp,thao tác với dữ liệu dễ dàng, mềm dẻo trong xử lý nên đợc dùng khá phổ biến.Cơ sở dữ liệu quan hệ bao gồm các bảng, mỗi bảng bao gồm các cột Mỗi hàngbao gồm nhiều loại thông tin về một đối tợng nào đó Mỗi loại thông tin khác

nhau này đợc gọi là một trờng, mỗi trờng đợc sắp xếp tơng ứng với một cột Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành bảng và cột trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật và sắp xếp dữ liệu phi không gian Thêm nữa dữ liệu phi không gian còn bao gồm các hình thức bày chuẩn các yếu tố đồ hoạ nh: Màu sắc, lực nét, kiểu đờng, Điều này đặc biết có lợi để biểu thị và thao tác với các dữ liệu đồ hoạ của cơ sở dữ liệu không gian

Dữ liệu thuộc tính có thể đợc xây dựng trực tiếp từ các bảng dữ liệu, từ các tệp văn bản hoặc liên kết thu nhận từ các phần mềm khác nhau Một trong các chức năng đặc biệt của HTTTĐL là khả năng của nó trong việc liên kết và

xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính Sự liên kết giữa hình

ảnh bản đồ và các bảng ghi thuộc tính đợc thực hiện thông qua mã xác định

ID (identifier) gán cho cả hai loại dữ liệu Quan hệ giữa hai loại dữ liệu là quan hệ một-một

Hình I.10: Mối quan hệ giữa thông tin không gian và thông tin thuộc tính.s

Dữ liệu thuộc tính phi không gian thông thờng đợc các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quản lý

I.2.5 Các hệ toạ độ dùng trong hệ GIS

Các dữ liệu trong HTTTĐL cần phải đợc định vị trên bề mặt Trái đất theo một hệ toạ độ nhất định

I.2.5.1 Hệ toạ độ dùng trong tham chiếu GIS

Hệ toạ độ của khung tham chiếu cần thiết cho đo vẽ bản đồ và tìm kiếm thông tin địa lý, cho phép xác định vị trí bằng khoảng cách hay hớng từ điểm,

đờng hay bề mặt cố định

Dữ liệu có thể tham chiếu theo các hệ khác nhau: Hệ toạ độ phẳng, hệ toạ độ không gian, hệ toạ độ địa lý, hệ toạ độ tơng đối (giao hội) và theo địa chỉ

ID Tính Tính Tính

(mã) Chất 1 Chất 2 Chất 3 1 x x x

2 x x x

3 x x x

… … …

1 2

4 3

Hệ toạ độ địa lý

Hệ toạ độ phẳng

Hệ toạ độ t ơng đối

Tham chiếu GIS

Hình I.11: Các hệ tham chiếu GIS.

Các hệ toạ độ không trực tiếp cho khoảng cách, nhng nó đợc tính theobán kính Trái đất tại vị trí trên bề mặt Do kinh độ và vĩ độ thể hiện vị trí trongkhông gian ba chiều, cho nên khi đo vẽ bản đồ chúng đợc biến đổi về hệ toạ

độ Đề Các Hay còn gọi là lới chiếu bản đồ Ta gọi phép chiếu này là phépchiếu bản đồ

Nguyên tắc phép chiếu bản đồ là biến đổi bề mặt cong của Trái đấtlên mặt phẳng, hình trụ hay hình nón rồi trải ra thành mặt phẳng Đờngkinh, vĩ tuyến vẽ lên bản đồ gọi là lới (Graticule) Mọi phép chiếu từ toạ

độ địa lý trên bề mặt Trái đất sang lới chiếu bản đồ hai chiều đều sinh rasai số Việc lựa chọn phép chiếu phụ thuộc vào tiêu chí đặt ra tr ớc là biếndạng tối thiểu về góc, hình dạng hay diện tích của đối t ợng Kết quả củaphép chiếu bản đồ dẫn tới nhiều hệ toạ độ lới chiếu bản đồ đợc sử dụng

đồng thời Do vậy, khi kết hợp CSDL với dữ liệu bản đồ từ nhiều nguồn dữliệu khác nhau thì phải chuyển đổi các hệ trục toạ độ của chúng sang hệthống nhất

I.2.5.2 Các dạng chuyển đổi toạ độ trong HTTTĐL

Khi hợp nhất dữ liệu lại vào một nền toán học chung thì dữ liệu mới có

ý nghĩa: Tham khảo, so sánh, phân tích

Có hai cách chuyển đổi:

- Dịch chuyển đối tợng và giữ nguyên hệ toạ độ

- Dịch chuyển hệ toạ độ và giữ nguyên đối tợng

trong hai cách này thì cách thứ hai là thuận tiện hơn cả

Có hai phơng pháp chuyển đổi hệ toạ độ là: Chuyển đổi tơng đơng vàchuyển đổi đờng cong bậc cao Trong đó:

- Chuyển đổi tơng đơng là các dịch chuyển song song và giữ nguyêndạng đối tợng

- Chuyển đổi đờng cong bậc cao là cách chuyển dịch trong đó dạng đốitợng hoàn toàn giữ nguyên

Các dạng chuyển đổi toạ độ đợc trình bày ở trên không dùng độc lậpnhau mà đợc dùng tổng hợp chung trong HTTĐL Nếu mà dùng riêng hệ toạ

độ sẽ để lại hậu quả mà sau đó phải khắc phục bằng các chuyển đổi khác tiếptheo Các điểm chuẩn đợc chọn để chuyển đổi toạ độ là những điểm cắt củacon sông, đờng giao thông

I.2.6 Khả năng phân tích không gian của HTTĐL

I.2.6.1 Thông tin không gian trong HTTĐL

Thông tin không gian trong HTTĐL đợc xây dựng và phát triển tơng

tự nh cách xây dựng các thông tin bản đồ Các đối tợng số trong CSDLkhông gian là sự phản ánh lại các thực thể trong thế giới thực cùng vớithông tin thuộc tính tơng ứng Các thông tin đợc mô tả bao gồm: Địa hình,

địa vật, (những chi tiết về mặt phẳng), và một số chú giải mô tả Địa hình

có thể đợc mô tả bằng các đờng đồng mức, các điểm ghi chú độ cao hoặcmô hình số độ cao, còn những chi tiết về mặt phẳng có thể đ ợc thể hiệnbằng điểm, đờng, vùng

Để phản ánh đợc toàn bộ các thông tin cần thiết của các đối tợng số, các

đối tợng địa lý còn đợc phản ánh theo cấu trúc phân mảnh, phân lớp thông tin.Tuy nhiên, khái niệm mảnh trong HTTĐL không hoàn toàn giống với kháiniệm chia mảnh bản đồ mà nó có hình dạng bất kỳ sao cho phù hợp với khảnăng xử lý của hệ thống Ví dụ nh: Chia theo đơn vị hành chính, hoặc chiatheo mật độ phân bố dân c,

Một trong những bớc quan trọng trong xây dựng CSDL thông tin địa lý

là phân loại các lớp thông tin Mỗi một lớp thông tin lu trữ một loại các đối ợng có những tính chất, đặc điểm giống nhau, cách phân lớp thông tin sẽ ảnhhởng rất lớn đến tính hiệu quả, khả năng xử lý và sử dụng lâu dài của CSDLkhông gian Để đạt đợc điều này trớc hết cần thiết kế các lớp thông tin cơ bản

t-và các lớp thông tin bổ sung tuỳ theo các ứng dụng khác

I.2.6.2 Khả năng phân tích không gian của HTTĐL

Các chức năng xử lý phân tích thông tin địa lý có thể chia thành cácnhóm phép tính sau:

* Các phép toán về xử lý cơ sở toán học thông tin không gian:

- Chuyển đổi phép chiếu, chuyển đổi toạ độ, múi chiếu, chuyển đổi tỷ lệnền địa lý,

- Chuyển đổi giữa các đơn vị đo khác nhau

- Nắn chỉnh hình học, thực hiện việc điều chỉnh hình ảnh bản đồ theo

điều kiện hình học để chuyển về đồ hình thực của nó, nhằm loại bỏ các sai sốbiến dạng hình học

- Xử lý thông tin bản đồ: Tiếp biên, ghép bản đồ, chồng lớp không gian,lập bản đồ chuyên đề, phân tích hoặc chồng phủ các vùng

* Các phép toán về chỉnh sửa, chuẩn hoá dữ liệu

- Phép sửa lỗi (CLEAN): Đợc dùng để sửa các lỗi thờng gặp trong quátrình nhập các lỗi bản đồ (có thể là tự động hoặc hiển thị lỗi để thao tác viênsửa), các lỗi do CLEAN là:

+ Đờng cắt nhau (Intersection): Các đờng bắt buộc phải cắt nhau tại các

điểm nút, không đợc chéo nhau

+ Bắt không đúng vị trí: Gồm bắt quá (over shoot), bắt cha tới (under shoot).+ Đờng số hoá trùng lặp nhau nhiều lần (Duplicate)

+ Lọc, loại bỏ bớt giá trị điểm tham gia tạo đờng khi mật độ quá dày.

- Phép toán xây dựng topology (BUILD) có chức năng chạy tự độngnhằm xây dựng cấu trúc topology cho các đối tợng không gian dạng Vector

- Các phép toán chuyển đổi: Khuôn dạng dữ liệu khi xuất dữ liệu dạngcác hệ thông tin địa lý khác

* Các phép phân tích dữ liệu địa lý

Các công cụ về phân tích dữ liệu địa lý chia thành các nhóm chính làhỏi đáp CSDL (Database Query), đại số bản đồ (Map Algbra) và các toán tửnội suy bề mặt

- Hỏi đáp cơ sở dữ liệu thờng có hai định hớng:

+ Hỏi đáp dữ liệu không gian (Spatial Query) để trả lời câu hỏi chúng ta

có gì tại vị trí này

+ Hỏi đáp dữ liệu thuộc tính (Attribute Query) để trả lời câu hỏi những

vị trí nào mang thuộc tính này Gồm hai bớc, chọn các đối tợng thoả mãn điềukiện tìm kiếm theo từng lớp thông tin riêng rẽ và chồng xếp các đối tợng tìmriêng rẽ trên từng lớp ra tập các đối tợng thoả mãn toàn bộ các điều kiệnchung cho các lớp thông tin

- Đại số bản đồ (Map Algra): Có thể coi là phần mở rộng của phân tíchkhông gian, là cốt lõi của việc tạo ra các dữ liệu bản đồ mới từ các dữ liệu cũ.Thông thờng nó đợc dùng để xử lý ảnh số, tính toán, phân tích bề mặt

+ Các phép toán nội suy bề mặt: Bao gồm các phép toán liên quan đếnnội suy địa hình hoặc bề mặt liên tục nào đó trong không gian ba chiều (3D):

Nội suy bề mặt địa hình từ các số liệu đầu vào

Các phép toán giải quyết các bài toán liên quan đến khoảng cách Các phép toán về tính lân cận

I.2.7 Mối quan hệ giữa GIS với các ngành khoa học khác

GIS đợc xác định trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau,

đó là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống để tạo ra cácngành khoa học mới Trong đó:

I.2.7.1 Ngành địa lý:

Là ngành khoa học liên quan mật thiết đến việc hiểu thế giới và vị trícủa con ngời trong thế giới Nó có truyền thống lâu đời về phân tích khônggian và cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu

I.2.7.2 Ngành bản đồ (Cartography )

Là ngành khoa học có liên quan đến việc hiển thị thông tin không gian

là các đối tợng địa lý trên bề mặt Trái đất Ngày nay, nguồn dữ liệu đầu vàochính cho GIS là các bản đồ Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việcthiết kế bản đồ, cùng với sự phát triển của ngành bản đồ sẽ giúp cho HTTTĐLhoàn thiện các chức năng xử lý dữ liệu không gian

I.2.7.3 Công nghệ viễn thám (Remote Sensing)

Các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa lý quan trọng cho

hệ GIS Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ liệu mọi vị trítrên quả địa cầu với giá thành thấp nhất Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh

vệ tinh có thể đợc trộn với các lớp dữ liệu của GIS

I.2.7.4 Ngành khoa học máy tính

Tự động thiết kế bằng máy tính, cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị vàbiểu diễn dữ liệu Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để quản lý, hiển thịcác đối tợng đồ hoạ Quản trị cơ sở dữ liệu đóng góp phơng pháp quản lý dữliệu dới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, l u trữ, xâm nhập, cập nhậtkhối dữ liệu lớn Máy tính hoạt động nh một chuyên gia trong việc thiết kếbản đồ, phát sinh các đặc trng bản đồ Có thể nói rằng công nghệ máy tính

sẽ quyết định sự phát triển và phạm vi ứng dụng của hệ thống thông tin địalý

I.2.7.5 Ngành toán học

Toán học chính là một trong các nền tảng cơ sở để phát triển và hoànthiện các chức năng bên trong của các phần mềm HTTTĐL giúp cho các nhàlập trình mở rộng các chức năng xử lý của HTTTĐL

I.2.7.6 Ngành truyền thông, thông tin

Các thông tin trong HTTTĐL trong tơng lai muốn trao đổi đợc vớinhau phải thông qua các phơng tiện truyền thông Sự phát triển của ngànhnày sẽ cung cấp cho HTTTĐL năng lực liên kết mạng máy tính, tạo ra cácHTTTĐL đa ngành, tăng thêm hiệu quả đầu t và lợi ích của công nghệ hệthống thông tin địa lý

I.2.7.7 Ngành thống kê

Rất nhiều kỹ thuật thống kê đợc sử dụng để phân tích dữ liệu GIS.Ngành thống kê đặc biệt quan trọng trong việc hiển thị các lỗi hoặc tínhkhông chắc chắn trong dữ liệu GIS

I.2.7.8 ảnh máy bay

ảnh máy bay và kỹ thuật đo chính xác của chúng là nguồn dữ liệuchính về độ cao bề mặt Trái đất đợc sử dụng làm đầu vào của GIS

I.2.7.9 Bản đồ địa hình

Cung cấp dữ liệu có chất lợng cao về vị trí của ranh giới đất đai, nhà cửa

I.2.7.10 Khoa đo đạc

Là nguồn cung cấp các vị trí cần quản lý có độ chính xác cao cho GIS

I.2.8 Các ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý

HTTTĐL đợc thiết kế nh một hệ thống chung để quản lý dữ liệukhông gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môitrờng tự nhiên nh là: Quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp,

điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùngbiển, cứu hoả, bệnh tật, Trong phần lớn lĩnh vực này, GIS đóng vai trò

nh là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động Cụthể:

I.2.8.1 Trong nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trờng

Theo những chuyên gia về GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứngdụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trờng Với mức đơngiản nhất thì ngời dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trờng:

- Quản trị rừng: Theo dõi sự phân loại, thay đổi,

- Quản trị đờng di c và đời sống của động vật hoang dã

- Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lu vực sông

- Bảo tồn đất ớt

- Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn

- Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất

- Quản lý chất lợng nớc

- Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh

- Xây dựng bản đồ và thống kê chất lợng thổ nhỡng

- Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai

ứng dụng GIS với mức độ phức tạp hơn là dùng khả năng phân tíchcủa GIS để mô hình hoá các tiến trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễmtrong môi trờng nớc hay không khí hoặc sự phản ứng của một lu vực sôngdới sự ảnh hởng của một trận ma lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắnliền với đối tợng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phứctạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (Raster) có khuynh hớng chiếm u thế

I.2.8.2 Trong nghiên cứu điều kiện kinh tế-xã hội

- Quản lý dân số

- Quản lý mạng lới giao thông: Đờng thuỷ, đờng bộ

- Quản lý mạng lới y tế, giáo dục

- Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng

I.2.8.3 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn

I.2.8.3.1 Thổ nh ỡng

- Xây dựng các bản đồ đất và đơn tính đất

- Đặc trng hoá các lớp phủ thổ nhỡng

I.2.8.3.2 Trồng trọt

- Khả năng thích nghi các loại cây trồng

- Sự thay đổi của việc sử dụng đất

- Xây dựng các đề xuất về sử dụng đất

- Khả năng bền vững của sản xuất nông nghiệp Nông-Lâm kết hợp

- Theo dõi mạng lới khuyến nông

- Khảo sát nghiên cứu dịch-bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ dại)

- Suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật

I.2.8.3.3 Khí t ợng thuỷ văn

Trong lĩnh vực này, GIS đợc dùng nh là một hệ thống đáp ứngnhanh phục vụ chống thiên tai: Nh lũ quét ở vùng hạ lu, xác định tâmbão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đ a ra cácbiện pháp phòng chống kịp thời Vì những ứng dụng này mang tính phântích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (Raster) chiếm uthế.

I.2.8.3.4 Kinh tế nông nghiệp

- Điều tra dân số, nông hộ

- Khảo sát kỹ thuật canh tác

- Xu thế thị trờng của cây trồng

- Khảo sát và theo dõi diễn biến, dự báo dịch bệnh

I.2.8.4 Dịch vụ tài chính

GIS đợc sử dụng trong lĩnh vực tài chính tơng tự nh là một ứng dụng

đơn lẻ Nó đã từng đợc áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mớicủa ngân hàng Hiện nay, việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này,

nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độchính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnhvực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau nh: hình thức vi phạm luậtpháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản

I.2.8.5 Trong lĩnh vực y tế

Ngoại trừ các lĩnh vực đánh giá, quản lý mà GIS hay đợc dùng, GIS còn cóthể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ nh: Nó chỉ ra đợc lộ trình nhanh nhất giữa vịtrí hiện tại của xe cấp cứu va bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giaothông GIS cũng có thể đợc sử dụng nh là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh đểphân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật cộng đồng

I.2.8.6 Chính quyền địa phơng

Chính quyền địa phơng là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộnglớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không giannhiều nhất Tất cả các cơ quan của chính quyền địa phơng có thể có lợi từGIS GIS có thể đợc sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất thaythế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa ph ơng cũng cóthể sử dụng GIS trong việc tái dỡng nhà cửa và đờng giao thông, GIS còn

đợc sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huốngkhẩn cấp

I.2.8.7 Trong lĩnh vực giao thông

GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập

kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng

thiết thực, nhng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứngdụng định vị trong vận tải hàng hải và hải đồ điện tử Loại hình đặc tr ngnày đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS.

Chơng II:

Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình bằng công nghệ GIS II.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu của HTTĐL

II.1.1 Khái niệm chung

Dữ liệu là trung tâm của hệ HTTĐL, hệ thống chứa càng nhiều dữ liệuthì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu địa lý là loại đặc biệt của dữ liệu Chúng đ-

ợc nhận biết bởi toạ độ địa lý và đợc hình thành từ phần tử mô tả và phần tử đồhoạ Thông tin địa lý thu đợc từ xử lý dữ liệu địa lý Một trong các mục đíchcủa nó là nâng cao hiểu biết về Trái đất và tăng cờng khả năng trợ giúp quyết

định trong việc tác động trở lại các đối tợng của Trái đất

Cơ sở dữ liệu là tuyển tập các dữ liệu số hay còn gọi là Database không

d thừa về các đối tợng và hiện tợng cần đợc quản lý, đang có mặt hay xảy ratrên bề mặt Trái đất, các dữ liệu này đợc sắp xếp thành một hệ thống thôngtin Các dữ liệu này có khả năng trao đổi hoặc biến đổi để phục vụ cho đangành, đa mục đích cho nhiều ngời sử dụng

Cơ sở dữ liệu không gian là tuyển tập các dữ liệu tham chiếu khônggian, hoạt động nh một mô hình thực tế, phục vụ cho những mục đích xác

định Các cơ sở dữ liệu đợc tổ chức có cấu trúc dới dạng các tệp tin (file) Xâydựng nh một cơ sở dữ liệu có nghĩa là xây dựng kết hợp phần cứng, phần mềm

và các kho dữ liệu để tạo ra khả năng thao tác và quản lý dữ liệu Các dữ liệunói chung đều có khả năng nhập, xuất, chế tác, chuyển đổi, cập nhật và sửachữa thông tin Cơ sở dữ liệu còn làm nhiệm vụ duy trì và bảo quản thông tincủa các đối tợng đợc quản lý ở các tệp tin trong máy tính hoặc các thiết bị lutrữ ngoài

Các thông tin phải đợc tổ chức một cách rất chặt chẽ và có cấu trúc rấtkhoa học để đảm bảo cho việc tìm lại chúng một cách nhanh chóng và có thể

sử dụng chúng một cách thuận tiện thông qua các công cụ phần mềm quản trịdữ liệu

Các thông tin đều đợc lu trữ theo mô hình có cấu trúc nhất định, nhằmmục đích giúp đỡ cho ngời dùng có thể khôi phục lại mối quan hệ giữa các đốitợng đợc quản lý trong tự nhiên một cách nhanh chóng, ngời sử dụng còn cóthể tiến hành các phép toán nh phân tích, thống kê hay tính toán các phép tính

đại số trên các dữ liệu đã lu trữ

Nhiều cơ sở dữ liệu kết nối với nhau để tạo thành một hệ thống thôngtin Hệ thống thông tin đó có thể là một hệ thống thông tin địa lý hay còn gọi

là GIS

Cơ sở dữ liệu thờng có ba loại dữ liệu chính, đó là:

- Cấu trúc mạng

- Cấu trúc song song

- Cấu trúc phân tán

II.1.1.1 Cấu trúc mạng

Có nghĩa là mạng máy tính cho phép cùng thực hiện một số nhiệm vụ

trên cùng một hệ máy chủ gọi là sever và cùng thực hiện một số nhiệm vụ trên một hệ thống máy khách đợc gọi là clients Từ đó dẫn đến hệ thống cơ sở dữ liệu clients-sever Ngày nay, số lợng máy tính cá nhân nhiều và các nhà

nghiên cứu ở nhiều nơi nên hệ thống clients-sever đã phát triển nhanh chóng

và thu hút đợc nhiều ngời sử dụng

II.1.1.2 Cấu trúc song song

Việc xử lý thông tin song song trong một hệ thống máy tính làm tăngtốc độ hoạt động của cơ sở dữ liệu, làm cho việc truyền tải thông tin có thểdiễn ra nhanh hơn Nhu cầu về xử lý, tra cứu song song đã dẫn đến sự pháttriển của cả hệ thống cơ sở dữ liệu song song Tuy nhiên, cấu trúc song songchỉ có trên lý thuyết, không có ứng dụng nhiều trong thực tế

II.1.1.3 Cấu trúc phân tán

Trong cấu trúc này, dữ liệu đợc phân tán cho các địa chỉ (địa điểm) khácnhau hoặc đợc tổ chức lu trữ ở nhiều cơ quan khác nhau Các cơ quan đều lànhững cơ quan có khả năng tích hợp (intergrate) và có nhu cầu sử dụng thông tinthống nhất, song các cơ quan khác vẫn có thể đến để thu thập thông tin Bằngcách lu trữ nhiều phiên bản cơ sở dữ liệu tại nhiều nơi khác nhau, cho phép nhiềucơ quan có thể sử dụng dữ liệu cùng một lúc tại nhiều nơi khác nhau Dữ liệu vẫn

đợc bảo tồn dù có tai hoạ ở một vài nơi Cơ sở dữ liệu phân tán đợc phát triển đểquản lý hành chính và địa lý trên các hệ đa cơ sở dữ liệu

Các cơ sở dữ liệu không gian: Đó là hệ thống các bản đồ, các ảnh

hàng không hoặc ảnh vệ tinh (trên đó có lu trữ rất nhiều các đối tợng cần quảnlý) đợc sắp xếp theo chủ đề rõ ràng Các bản đồ này có thể chồng xếp lênnhau theo một hệ toạ độ và độ cao thống nhất để tạo thành một hệ thống thôngtin trong một hệ thống không gian hoàn chỉnh về bề mặt địa lý của một khuvực quản lý

Các cơ sở dữ liệu thuộc tính: Đó là hệ thống của các thông tin về tính

chất của các vật thể đợc quản lý ở dạng biểu bảng và cũng có thể đa ra hiển thịtrên bản đồ cùng với các đối tợng trên đồ hoạ

Sự kết nối hai loại dữ liệu trên sẽ tạo nên một hệ thống rất hùng mạnh,vừa đầy đủ, vừa chi tiết lại vừa có tính trực quan cao Nếu các dữ liệu thuộctính đợc kết nối đúng thì nó sẽ đợc hiển thị đúng theo lệnh gọi hiển thị và biểu

diễn các đối tợng không gian theo các thứ bậc hoặc theo các chủ đề đã đợcphân loại sẵn trong cơ sở dữ liệu Điều này sẽ dẫn đến sự đòi hỏi các dữ liệutrong cơ sở dữ liệu phải đợc sắp xếp có cấu trúc chặt chẽ và phải tuân thủ theomột mô hình cấu trúc nào đó.

II.1.2 Mối liên kết cơ sở dữ liệu

Mối liên kết cơ sở dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loạiquan hệ thông tin Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tợng bản đồ đều đợc gắncác thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của

đối tợng Đồng thời qua đó ngời sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọnlọc các đối tợng theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index

II.1.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu

Các dữ liệu đợc nhập vào và lu trữ nhờ các phần mềm quản lý cơ sở dữliệu Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp các cách biểu diễn thực dới dạng các dữliệu có liên kết qua lại ở mức tối đa Những dữ liệu này đợc ghi nhớ theochuỗi tính toán và theo một cấu trúc hợp lý sao cho có thể khai thác dễ dàng,nhằm thoả mãn các yêu cầu khi cung cấp thông tin và các chỉ dẫn cho ngời sửdụng

Cơ sở dữ liệu đợc tổ chức ở dạng một th mục, trong đó các dữ liệu đợcghi nhớ trong nhiều tệp

Phần mềm quản lý cho phép ghi nhớ các tệp dữ liệu trong tệp theothứ tự, hoặc theo chỉ số trực tiếp Chúng quản lý các tệp độc lập, các tệp cócấu trúc phân cấp, dạng mạng, dạng quan hệ, quan hệ thực thể hoặc là h ớng

đối tợng

II.2 Khái niệm về cơ sở dữ liệu địa hình

Cơ sở dữ liệu địa hình là loại cơ sở dữ liệu chứa đựng toàn bộ thông tin

về bề mặt địa hình, trên đó thể hiện vị trí không gian của từng đối tợng địahình và mối quan hệ hình học giữa các đối tợng và kèm theo đó là nhữngthông tin thuộc tính giải thích cho đối tợng đó

Nh ta đã biết, địa hình là vật chỉ báo quan trọng cho cấu trúc bêntrong của cảnh quan Đặc điểm của địa hình phụ thuộc vào quá trình hìnhthành địa hình, cấu trúc địa chất, mặt nớc, nớc ngầm, lớp phủ thực vật, thổnhỡng và các yếu tố tự nhiên khác, Ví dụ, cấu trúc địa chất và các vận

động kiến tạo hiện đại đợc thể hiện ở các đặc tính phân bố t ơng hỗ, độ dày

đặc và độ sâu của các lu vực sông, Độ sâu của việc chia cắt mặt đất phản

ánh một cách rõ ràng ở các đặc trng của nó, cho phép phán đoán về xu ớng của quá trình địa mạo và mức độ gia tăng hay suy yếu của quá trình

h-đó trên lãnh thổ này

Địa hình quyết định độ ẩm, điều kiện tiêu nớc, điều kiện bồi tụ các chất

khoáng và các chất hữu cơ Địa hình sẽ ảnh hởng đến mức nớc ngầm, đến ờng độ của quá trình tạo dốc và hình thành thổ nhỡng Thời gian chiếu sáng s-

c-ờn dốc, độ nghiêng của sc-ờn dốc, độ cao của địa hình (đai cao) đợc phản ánhbởi các thực vật có liên quan với số lợng năng lợng bức xạ mặt trời, mức độche phủ của lớp thổ nhỡng và thành phần cơ học của chúng

Ngoài ra hớng địa hình cũng ảnh hởng đến lớp phủ thực vật, thổ ỡng Ví dụ, vùng núi phía Bắc và Đông Bắc bộ có hớng chủ yếu là TâyBắc-Đông Nam vuông góc với hớng gió mang nhiều hơi nớc từ biển vào

nh-Do tác động của bức chắn bóng và bóng chắn của địa hình l ợng ma thay

đổi nhiều từ nơi đón gió đến nơi khuất gió Do vậy, nên ở khu vực đồi núicây cối phân bố và phát triển không đều: ở sờn Đông cây cối tốt hơn, dày

đặc hơn ở sờn Tây

Trên ảnh hàng không, địa hình có cấu trúc địa mạo đặc tr ng Nhờdụng cụ cụ thể ta thấy đợc độ sâu của địa hình, hớng địa hình, mức độxói mòn của chúng

Xuất phát từ những yêu cầu chung giải quyết tất cả mọi vấn đềliên quan đến địa hình, trớc áp lực ngày càng gia tăng của việc bảo vệmôi trờng, khai thác một cách hợp lý tài nguyên thiên nhiên, giảm nhẹthiên tai, thì việc xây dựng một cơ sở dữ liệu địa hình thống nhất làrất cần thiết, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc cung cấp các thôngtin cho các bộ ngành, các cơ quan, tổ chức có nhu cầu sử dụng

II.3 Các phơng pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình

Cơ sở dữ liệu đợc xây dựng nhằm mục đích:

- Tổng hợp, hệ thống hoá và thống nhất nguồn thông tin địa lýphục vụ công tác quy hoạch và quản lý đất đai

- Tạo ra cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý có khả năng l u trữ, phântích, xử lý và khai thác bằng các phần mềm hiện có ở Việt Nam

- Giúp cho các Sở, Ban, Ngành quản lý tổng hợp về quỹ đất vàtiềm năng đất đai trên địa bàn tỉnh

- Đáp ứng các yêu cầu hỏi đáp, tìm kiếm thông tin và phân tíchkhông gian, trợ giúp cho các nhà lãnh đạo, các nhà quy hoạch ra quyết

định khi phải xử lý các công việc liên quan đến sử dụng đất đai

Hiện nay có rất nhiều phơng pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hìnhnh:

- Số hoá bản đồ địa hình đã có

- Từ kết quả đo vẽ ảnh

- Đo đạc ngoài thực địa

- Công nghệ Lidar và công nghệ Ifsar.

Tuy nhiên, để thành lập cơ sở dữ liệu địa hình cho vùng địa lýrộng lớn thì hai phơng pháp đầu tiên là tỏ ra u thế hơn cả Đặc biệt, haiphơng pháp này còn đợc sử dụng chủ yếu để xây dựng cơ sở dữ liệu cho

hệ thông tin địa lý

II.3.1 Phơng pháp thành lập cơ sở dữ liệu địa hình từ bản đồ giấy

Sơ đồ:

Hình II.1 : Quy trình nhập dữ liệu từ bản đồ giấy.

Nội dung cụ thể quy trình đợc tiến hành nh sau:

II.3.1.1 Quét bản đồ

Quét bản đồ là quá trình chuyển đổi dữ liệu đồ hoạ từ bản đồ giấythành file dữ liệu dới dạng Raster ở một số khuôn dạng khác nhau nh TIFhoặc RLE nhị phân

Về độ phân giải của ảnh quét thì tuỳ thuộc vào mục đích sử dụngcủa bản đồ cần thành lập Độ phân giải của ảnh quét phụ thuộc vàochất lợng của bản đồ gốc và máy quét Độ phân giải càng cao sẽ chochất lợng Raster càng tốt vì vậy mà quá trình số hoá bản đồ càng chínhxác

II.3.1.2 Nắn bản đồ

Mục đích của việc nắn ảnh là chuyển đổi toạ độ hàng cột của các pixel

về toạ độ trắc địa (toạ độ thực-hệ toạ độ địa lý hoặc hệ toạ độ phẳng) Đây làbớc quan trọng nhất trong quy trình công nghệ vì nó ảnh hởng tới toàn bộ độ

Bản đồ địa hình gốc

Quét bản đồ

Nắn bản đồ

Số hoá, nhập độ cao cho đ ờng bình độ

Nhập, bổ sung các điểm độ cao (file 2D)

Hoàn thiện dữ liệu, biên tập và trình bày bản đồ

L u trữ dữ liệu

chính xác của bản đồ sau khi đợc số hoá trên nền ảnh Các thao tác nắn bản

đồ gồm có:

- Tạo seed file có các thông số về lới chiếu, hệ toạ độ phù hợp với cơ

sở toán học của bản đồ gốc

- Tạo khung toạ độ cho mảnh bản đồ: khung toạ độ địa lý và lới km

- Nắn ảnh bản đồ theo các góc khung, điểm giao nhau của các lới km

và điểm giao nhau của các lới km với khung bản đồ; đảm bảo sai số tồn tạitại các điểm nắn là 0.2 mm tính theo tỷ lệ bản đồ gốc

tợng đồ hoạ duy nhất và liên tục dạng linestring hay complechain Các

đ-ờng bình độ phải làm mềm, trơn nhng phải có số lợng điểm đỉnh trên đđ-ờng làtối thiểu, nhằm đảm bảo dung lợng file đồ hoạ là tối thiểu

- Số hoá và nhập giá trị độ cao cho các điểm độ cao và điểm đặc trng

địa hình

- Xác định các vùng đợc coi nh là bị che khuất, hay bằng phẳng nh:

Ao, hồ nớc, các khu vực quân sự không đợc thể hiện trên bản đồ (nếu có)

và thể hiện chúng theo dạng đối tợng vùng bị che khuất (obscured)

Chú ý: ở bản đồ giấy thờng thành lập và sử dụng trong một thời

gian dài cho nên không đảm bảo đợc tính thời sự của thông tin Mặtkhác, việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình lại luôn đòi hỏi phải cập nhậtthông tin mới nhất Do đó, khi số hoá bản đồ thì phải kết hợp với ảnhhàng không để bổ sung những chỗ còn thiếu (thay đổi) trên bản đồ

II.3.1.4 Hoàn thiện dữ liệu, biên tập và hoàn thành dữ liệu

Sau quá trình số hoá, dữ liệu thờng ở dới dạng thô Vì vậy, phải quamột quá trình kiểm tra và hoàn thiện lại dữ liệu, lúc đó dữ liệu mới có thể

sử dụng đợc

Quá trình hoàn thiện dữ liệu thực chất là làm các công việc sau: Làmtrơn đờng, lọc điểm, tạo đờng complexchain, sửa các đối tợng dạng text, thêmbớt các dữ liệu thừa, đa các đối tợng về đúng quy phạm,

* Biên tập và trình bày dữ liệu:

Từ cơ sở dữ liệu bản đồ, các file đợc biên tập theo mục đích sử dụng vàtheo yêu cầu cụ thể mà bản đồ đòi hỏi Sau đó ta tiến hành phân lớp các đối t-

ợng để tiện quản lý và cập nhật thông tin mới.

Đối với bản đồ đã có sẵn, đợc thành lập và lu trữ trong các phần mềm

đồ hoạ khác ta cần phải tiến hành:

- Tách riêng các đờng bình độ và các điểm độ cao để chuyển sang dạngfile*.DXF

- Nhập file*.DXF, kiểm tra, chuyển về file seed cho phù hợp

- Kiểm tra, sửa lỗi, biên tập các đờng bình độ tạo thành các đối tợng đồhoạ kiểu đờng complexchain

- Nhập giá trị độ cao của các đờng bình độ và các điểm độ cao

II.3.1.5 Lu trữ dữ liệu

Kết quả của quá trình số hoá đợc lu trữ dới hai dạng: Lu trữ trên đĩa và

in ra giấy

II.3.2 Ph ơng pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình từ trạm đo ảnh số

Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình bằng công nghệ đo ảnh trên trạm

ảnh số Intergraph là một trong những phơng pháp thu nhận thông tin hữuhiệu nhất, đang đợc sử dụng rộng rãi hiện nay, bởi vì t liệu ảnh là nguồn

t liệu vô cùng phong phú về bề mặt địa hình, bản đồ đ ợc thành lập bằngcông nghệ ảnh số có thể khai thác sử dụng trực tiếp ngay đợc

Quy trình công nghệ đo vẽ ảnh số có dạng nh sau:

Các phần mềm ứng dụng để thành lập bản đồ số trên trạm đo vẽ ảnh sốIntergraph là:

- Phần mềm quét phim (ảnh) PHODIS

- Các phần mềm xử lý ảnh trên trạm Image Station: ISPM, ISDM, ISSD,ISDC, ISMT, ISIR, ISI-I, MSFC

- Các phần mềm số hoá và biên tập bản đồ: Mapping office, GIS office

II.3.2.2 Đo nối khống chế ảnh

Là quá trình xác định toạ độ các điểm địa vật đợc chọn làm điểmkhống chế (mặt bằng và độ cao) trên ảnh ở ngoài thực địa, nhằm phục vụquá trình tăng dày khống chế ảnh nội nghiệp Các điểm khống chế ngoạinghiệp là cơ sở để xác định toạ độ trắc địa của điểm nội nghiệp và cáccông tác đo vẽ sau này, chúng đợc chọn theo đồ hình đã thiết kế trên ảnh.Các điểm địa vật phải đợc chọn sao cho có hình ảnh rõ nét trên ảnh và tồntại ổn định ngoài thực địa

II.3.2.3 Xây dựng Project

Là quá trình nhập vào các thông số cần thiết và xác nhận các file ảnh sửdụng cho công việc theo yêu cầu của hệ thống đo vẽ

II.3.2.4 Công tác tăng dày khống chế ảnh

Công tác tăng dày hay còn gọi là khâu công tác có ý nghĩa quantrọng vào loại bậc nhất trong trắc địa ảnh Để thực hiện công tác tăng dàykhống chế ảnh, sau khi có ảnh chụp và đo toạ độ khống chế mặt đất củamột số lợng điểm nhất định trong khu chụp cần phải tiến hành định h ớngtrong cho từng tấm ảnh Sau đó phải tiến hành chọn, chuyển và đo tất cảcác điểm nối mô hình, nối đờng bay, điểm kiểm tra và điểm khống chếcho tất cả các ảnh Tiếp đó tiến hành tính toán, bình sai khối tăng dày theophơng pháp trung phơng nhỏ nhất Kết quả của quá trình này là các yếu tố

định hớng ngoài của tất cả các tấm ảnh, toạ độ, độ cao mặt đất của tất cảcác điểm mà hình ảnh của chúng đợc đo trên ảnh đều đợc xác định Saukhi tăng dày, tất cả các tấm ảnh đều đã đ ợc định hớng trong hệ toạ độ mặt

đất (định hớng tuyệt đối) và có thể sử dụng để mô tả hay đo vẽ địa hìnhmặt đất

II.3.2.5 Xây dựng mô hình lập thể

Mô hình lập thể đợc hiển thị trên trạm ảnh số Intergraph bằng chơngtrình tạo mô hình lập thể ISSD, với chơng trình này mô hình lập thể đợc tạo rabằng cách sắp xếp lại các pixel trên mỗi tấm ảnh của mô hình lập thể theo h-ớng song song với đờng đáy ảnh của mô hình lập thể để khử hết thị sai dọc,

ảnh hởng của góc nghiêng, góc dẹt, vặn xoắn do máy bay gây lên trong khichụp ảnh, cũng nh các ảnh hởng của chiết quang khí quyển, độ cong của quả

đất và sai số méo hình kính vật

II.3.2.6 Đo vẽ các yếu tố đặc trng địa hình

Mức độ chi tiết các đặc trng địa hình đợc số hoá phụ thuộc vào mức độphức tạp của địa hình và yêu cầu của công việc thành lập bản đồ Dáng địahình phụ thuộc rất lớn vào tính chính xác của các đặc trng địa hình đã đợc sốhoá Trên thực tế, khi các đặc trng địa hình của mô hình đợc đo vẽ một cáchchính xác và chi tiết thì có thể giảm nhẹ đáng kể khối lợng công việc đo vẽhay nội suy tự động các điểm DTM cho mô hình

Các đặc trng địa hình cần số hoá đợc phân loại trong phần mềm ISDCgồm 6 loại:

1-Breakline: Là đờng đợc vẽ ở các vị trí có sự thay đổi đột ngột của các

địa hình nh: Chân núi, các vách núi, tàluy,

2-Collection buondary: Là đờng bao đợc chọn và đo vẽ trớc khi tiến

hành đo các điểm độ cao mô hình số địa hình

3-Drainage: Đờng tụ thuỷ là các đờng có vị trí thấp nhất trong khu vực

(khe, rãnh, suối) mà khi ma nớc đổ dồn về và chảy theo chúng Khi vẽ các ờng tụ thuỷ ở trên các sờn núi phải vẽ chính xác vào vị trí thấp nhất cục bộ của

đ-địa hình Đối với các đờng tụ thuỷ là sông, suối có thể vẽ đợc bằng hai néttrên ảnh thì đờng tụ thuỷ phải đợc vẽ chính xác vào mép nớc Khi vẽ đờng tụthuỷ nên vẽ sông, suối chính (lớn) trớc sau đó vẽ các sông suối phụ, đờng tụthuỷ sau

4-Ridge: Là đờng phân thuỷ, thể hiện các sông núi hoặc các điểm ghi

nhận sự đột biến của bề mặt địa hình Khi vẽ đờng phân thuỷ nên vẽ các đờngphân thuỷ chính trớc (các đờng phân thuỷ trên đỉnh dãy núi), sau đó vẽ các đ-ờng phân thuỷ trên các sờn núi

5-Obsscuera area: Là vùng không thể đo, số hoá đợc độ cao một cách

chính xác vì hình ảnh bị che khuất, ví dụ nh bị cây phủ kín không thể nhìnthấy mặt đất

6-Mass points: Là các điểm độ cao đợc bổ sung tại các vị trí, các vùng

cần thiết trên mô hình lập thể Các đối tợng khác nhau nh: Đờng, text, vùng

thì đợc vẽ nh khi số hoá trên Microstation Cần lu ý phải đặt đúng độ cao của

đối tợng, vẽ theo đúng phân lớp và đúng quy phạm

* Đo lới điểm độ cao:

Đối với các điểm độ cao tuỳ theo mức độ phức tạp của địa hình, tỷ lệ chụp

ảnh mà quy định khoảng cách mặt lới cho thích hợp để có thể kết hợp với các

điểm đặc trng của địa hình để mô tả chính xác bề mặt của địa hình (ví dụ với khuvực bằng phẳng, bình nguyên thì chọn khoảng cách mặt lới lớn, khu vực có địahình ghồ ghề, phức tạp thì phải chọn khoảng cách mặt lới nhỏ)

Khi đo lới điểm độ cao nên xê dịch vị trí của điểm đo từ vị trí chuẩn (vịtrí đợc định nghĩa sẵn bởi phần mềm) tới vị trí tiêu biểu cho địa hình kề cạnh

nó để có thể mô tả địa hình tốt hơn Đối với các khu vực có địa hình khá phứctạp mà lới điểm độ cao và các điểm đặc trng địa hình cha thể mô tả hết đợc thìphải chêm dày bằng các điểm độ cao bổ sung

II.3.2.7 Biên tập nội dung bản đồ

Sau khi số hoá xong, bản đồ cần đợc biên tập trớc khi in ra cùng bản đồ

ảnh phục vụ công tác kiểm tra và điều vẽ bổ sung thực địa

Công việc biên tập bao gồm:

- Kiểm tra tất cả các sai sót khi số hoá

- Bản đồ số đợc thành lập trên các trạm ảnh số khác nhau phải đợc tiếpbiên với nhau theo tiêu chí:

+ Các đờng đặc trng địa hình mô tả cùng một đối tợng phải đợc nối vớinhau

+ Tại vị trí tiếp biên phải trơn (không có chênh cao đột ngột)

* So sánh hai phơng pháp nhập dữ liệu từ bản đồ giấy và nhập dữ liệu từ bản đồ số:

Cơ sở dữ liệu địa hình có vai trò quan trọng trong mọi ứng dụng củaGIS Bất cứ một dự án nào cũng cần phải có cơ sở dữ liệu địa hình Vì vậy,việc xây dựng một cơ sở dữ liệu địa hình là rất cần thiết đối với mỗi quốcgia Nó không những phục vụ phát triển kinh tế mà còn ứng dụng cho mục

đích an ninh quốc phòng và nhiều mục đích khác Thông tin mà cơ sở dữliệu địa hình đem lại đợc xem nh là mô hình của thế giới thực mà từ đó, ta

có thể thực hiện các phép toán phân tích không gian để phục vụ cho nhiều

dự án GIS khác nhau phát triển nh: GIS trong quản lý tài nguyên thiênnhiên và giám sát môi trờng, GIS trong quản lý lới điện, GIS trong quản lýkinh tế-xã hội, và nh vậy việc cung cấp, truy cập, phát triển và xử lýthông tin sẽ dễ dàng nhanh chóng hơn

Cơ sở dữ liệu địa hình đợc xây dựng bằng nhiều phơng pháp và đợc thểhiện dới nhiều phơng thức khác nhau nh:

- CSDL địa hình đợc thể hiện dới dạng các bản đồ số

- CSDL địa hình đợc thể hiện dới dạng các mô hình không gian

- CSDL địa hình đợc thể hiện bằng mô hình số địa hình, bao gồm môhình số độ cao (DEM) và các yếu tố đặc trng địa hình

Tuy nhiên, CSDL địa hình đợc thể hiện bằng mô hình số địa hình

(DTM) có u thế hơn cả Ngoài việc dựng lên mô hình thế giới thực nó còncung cấp cho chúng ta những thông tin cần thiết về bề mặt địa hình một cáchnhanh chóng và chính xác nhất.

Trong CSDL địa hình thì nguồn cung cấp dữ liệu chính là mô hình số độcao- DEM DEM không những thể hiện mô hình số độ cao, mà nó có thể cho phépchúng ta tích hợp các dữ liệu khác nhau nh: Hệ thống địa hình, hệ thống thuỷ văn,

hệ thống giao thông, hệ thống dân c, hệ thống các loại ranh giới, hệ thống thựcphủ, để tạo thành một CSDL địa hình (DTM) hoàn chỉnh

II.4 Mô hình số độ cao và phơng pháp thành lập

Sự hiểu biết về bề mặt địa hình có tầm quan trọng lớn trong các khoahọc về Trái đất Nó là tất yếu trong bất cứ một nghiên cứu nào quan tâm

đến việc mô hình hoá bề mặt địa hình, mô hình hoá các quá trình liên quan

đến tài nguyên thiên nhiên và môi trờng Lúc đầu khi chỉ cho phép đo vẽ

địa hình thì ngời ta đã dựng đợc các mô hình về địa hình từ gỗ, giấy Saunày có các hình thức thể hiện địa hình đa dạng hơn bằng cách vờn bóng, lậpbản đồ dốc hay bằng các đờng bình độ Nhng các phơng pháp này có một

số nhợc điểm là chúng không đem lại cho chúng ta thông tin về độ cao sovới mực nớc biển

Khi các ảnh hàng không và các ảnh vệ tinh đã có khả năng cung cấpthông tin liên tục về bề mặt Trái đất thì nó đã mở ra khả năng thu đợc cácthông tin về độ cao bằng các phơng pháp đo vẽ lập thể và giao thoa thì địahình có một ý nghĩa hoàn toàn mới trong các nghiên cứu về không gian

Ngày nay, các thông tin về độ cao đợc lu trữ trong máy tính dới dạng cácdữ liệu dạng số và thờng gọi là mô hình số độ cao (Digital Elevation Model- viếttắt là DEM) DEM thờng đợc mô tả theo một số cấu trúc nh cấu trúc mạng lớikhông đều (Trianglated Irregularr Networks-TIN), mạng lới đều các đờng bình độhay các điểm bố trí phân tán Đôi khi DEM cũng đợc miêu tả bởi một ma trận

điểm ảnh (pixel) đợc gán một giá trị độ cao

Khi DEM kết hợp với các dữ liệu không gian khác là một CSDLquan trọng cho các phân tích địa hình và các kỹ thuật hình ảnh động 3D.Chính vì vậy mà DEM dùng để kết hợp các dữ liệu không gian hay các dữliệu ảnh trong GIS Khi tiến hành phân tích và xử lý dữ liệu thì DEM cungcấp một hệ thống tham chiếu không gian cơ bản trong GIS Các ảnh haycác thông tin Vector có thể đợc chồng lớp và tích hợp với DEM để sửdụng các phân tích cấp cao hơn

II.4.1 Khái niệm về mô hình số độ cao

Để có thể hiểu đợc khái niệm về DEM thì chúng ta cần phân biệt đợckhái niệm thế nào là DEM và DTM cùng các khái niệm khác có liên quan nh

đặc trng địa hình hay các đờng Breaklines

Không nh là bản đồ sử dụng đất, thổ nhỡng hay địa chất, địa hình thì ờng đợc hiểu nh một mặt (biến thiên) thay đổi liên tục không thể mô hình hoá

th-đợc một cách gần đúng bằng một mô hình bản đồ (choropleth) Mặc dù vẫn cócác bậc dốc đứng hay mỏm đá, nhng những thay đổi này thờng đợc coi là

ngoại lệ hơn là quy tắc.

Một mặt phẳng biến thiên liên tục có thể đợc thể hiện dới dạng đờng

đồng mức (contours) Các đờng đồng mức này có thể xem nh là tập hợp các đagiác khép kín, trong mạng Do đó, các tập hợp đờng đồng mức không yêu cầuphơng pháp số hoá hoặc lu trữ khác với phơng pháp sử dụng cho bản đồchoropleth Mặc dù tập hợp các đờng đồng mức rất thích hợp để thể hiện mộtmặt biến thiên liên tục, chúng đặc biệt không thích hợp để tiến hành phépphân tích số hoặc lập mô hình Vì vậy, các phơng pháp khác đã đợc phát triển

để có thể biểu diễn và sử dụng có hiệu quả các thông tin về sự biến thiên liêntục của một thuộc tính trong không gian (thờng là độ cao)

Bất kỳ sự biểu diễn dới dạng số nào của một địa hình biến thiên liên tụckhông gian đợc coi là mô hình số độ cao (DEM) Thuật ngữ mô hình số địahình (DTM) cũng đợc sử dụng rộng rãi Bởi vì thuật ngữ “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ quảnđịa hình” thờng ngụ

ý các thuộc tính cảnh quan hơn là độ cao của bề mặt đất, thuật ngữ DEM ờng hay dùng cho mô hình chỉ chứa dữ liệu độ cao Mặc dù DEM vốn đợcphát triển để lập mô hình địa hình nhng dĩ nhiên chúng có thể đợc sử dụng đểlập mô hình sự biến thiên liên tục của bất kỳ một thuộc tính Z nào khác trênmột bề mặt hai chiều

th-Theo Ackemann (1996) thì khái niệm DTM xuất hiện đầu tiên vào năm 1958với mục đích lúc đó là vi tính hoá việc thiết kế đờng Trong vòng khoảng 10 năm,DTM đợc dùng trong các công việc xây dựng trong các công trình dân dụng cho tớikhi ngời ta nhận thấy rằng DTM cung cấp sự mô tả địa hình nói chung và có thể đợcứng dụng cho nhiều mục đích khác nữa Đặc biệt đợc để ý tới là các ứng dụng trongcông tác thành lập bản đồ cũng nh việc phân tích đánh giá các bề mặt địa hình Mục

đích lúc đó chỉ giới hạn trong việc tính toán nội suy đờng bình độ (bản đồ khi đó còncha xuất hiện) Dần dần khái niệm về DTM và DEM nh là một cơ sở độc lập xuấthiện từ xu hớng chung chuyển từ thao tác đồ giải vẽ bằng tay sang các thao tác tínhtoán Ngày nay DEM đợc coi nh là một sản phẩm địa hình mới và độc lập(Ackemann, 1994) đặc biệt là với các DEM phủ trùm cả quốc gia hay một lãnh thổ.Các DEM này đợc coi nh là một CSDL mà từ đó nhiều sản phẩm dẫn xuất khác nhau

đợc tạo ra: Các đờng bình độ, mặt cắt, tính toán thể tích, độ dốc và hớng dốc, vờnbóng núi, phân tích tầm nhìn, nhìn phối cảnh, (Kraak and Ormeling, 1996)

Một DTM không chỉ bao gồm các điểm DEM mà còn có cả các

đặc trng địa hình và các đặc trng này có thể đem lại sự miêu tả chi tiếthơn về bề mặt địa hình Một đờng breaklines có thể miêu tả một đối t -ợng xác định đợc trên bản đồ chẳng hạn nh: Lề đờng phố, hoặc rãnh n-ớc

Một cách khái quát có thể định nghĩa: DTM miêu tả bề mặt địahình bởi các hàm đơn trị Z=F(X,Y) Với bất cứ giá trị (X,Y) nào chỉ cómột giá trị độ cao Z đợc xác định trong một DTM

Còn theo GS-TSKH Trơng Anh Kiệt (2000) thì DTM là biểu thị tập hợp hữuhạn ba chiều{Vi=(Xi,Yi, Zi), i=1,2,3, n} của bề mặt địa hình D, trong đó (Xi, Yi 

D) là toạ độ mặt phẳng và Zi là độ cao tơng ứng với điểm (Xi,Yi) Khi vị trí điểm mặt

phẳng của tập hợp trên đợc sắp xếp theo lới quy chuẩn thì toạ độ mặt phẳng củachúng có thể lợc bỏ Do đó, mô hình số độ cao DTM sẽ đơn giản thành một tập hợphữu hạn 1 chiều {Zi,i=1,2,3, n} DEM/DTM đem lại sự miêu tả hình học của bề mặt

địa hình bằng phơng pháp tiện số, chủ yếu với các yếu tố điểm, đờng Thông thờngngời ta biểu diễn bề mặt địa hình bằng các điểm phân bố đều hoặc không đều Bề mặtnày đợc hoàn thiện bằng các yếu tố đặc trng của địa hình (các điểm ghi chú độ cao vàcác đờng breakline) Các đờng và các điểm nói trên cùng với phép nội suy giữa chúng

đại diện cho bề mặt địa hình

* Ưu điểm của DEM/DTM so với bản đồ truyền thống là:

- DEM/DTM có thể trực tiếp đa vào máy tính phục vụ cho các mục

đích khai thác khác nhau nh: Công tác thiết kế tự động, thành lập bản đồ

Các thông số tính toán thu đợc từ DTM và các ứng dụng của nó:

Độ cao Độ cao so với mực nớc

biển hoặc gốc độ cao địaphơng

Xác định tiềm lực năng ợng; các biến số khí hậu:

l-áp suất, nhiệt độ; đặctính của đất và cây trồng;tính toán khối lợng đào

đắp

Độ dốc (S) Tốc độ thay đổi về độ

cao

Xác định độ dốc của địahình; dòng chảy bề mặt

đánh giá và thổ nhỡng

Tính toán các thuộc tínhcủa vùng lu vực nh làmột hàm số của các thuỷhệ; đánh giá sự vậnchuyển của vật chấttrong mạng lới thuỷ hệcục bộ.

Vùng lu vực

(As)/Vùng lu vực

riêng a

Vùng ngợc dòng chảycủa một vị trí cho tr-ớc/vùng lu vực trên một

đơn vị độ dài của đờngbình độ

Phân tích lu vực, khối ợng vật chất chảy ra khỏikhu vực

l-Chỉ số địa hình In(a/tans) Chỉ số duy trì độ ẩm

0

sin S m

Đặc tính của quá trìnhxói mòn và bồi lắng

Tầm

nhìn(Viewshed)

Vùng thông hớng nhìn Trạm tiếp sóng, tháp

canh, khách sạn, các ứngdụng trong quân sự

Bức xạ Lợng năng lợng mặt trời

thu nhận đợc trên đơn vịdiện tích

Nghiên cứu thổ nhỡng vàcây trồng Sự bốc hới n-

ớc, vị trí xây dựng cáccông trình với mục đíchtiết kiệm năng lợng

II.4.2 Ph ơng pháp thành lập mô hình số độ cao

II.4.2.1 Phơng pháp toán học

Bề mặt địa hình của quả đất là bề mặt phức tạp, biến thiên không theomột quy luật toán học nào Do đó, có thể nói rằng không có một hàm toán họcnào (bề mặt toán học) có thể làm trùng khít với mọi điểm trên bề mặt địa hình.Vì vậy, khi đa ra một bề mặt toán học nào đó để mô phỏng bề mặt địa hình cónghĩa là bề mặt địa hình đó đợc chia cắt ra từng khu vực nhỏ với mong muốn

bề mặt đó mô phỏng chính xác bởi hàm toán học dự định.

Việc áp dụng một bề mặt toán học đó lên bề mặt địa hình phải thoả mãn

điều kiện sai số trung phơng của các điểm trên bề mặt địa hình là nhỏ nhất:

 

n

n 1 {0(x,y,z)i -(x,y,z)i}2=min

Trong đó: 0(x,y,z)i là các điểm đo tơng ứng trên bề mặt địa hình

Để xác định đợc bề mặt toán học cần phải xác định đợc các thông số của

nó Để cho bề mặt toán học mô phỏng chính xác bề mặt địa hình đòi hỏi phải sửdụng một số lợng điểm đo trực tiếp trên bề mặt địa hình Số lợng điểm đo này phụthuộc vào số lợng các thông số cần xác định của bề mặt toán học Nếu số lợng

điểm đo đúng bằng số lợng các thông số thì các điểm đo trên bề mặt toán họctrùng khít với bề mặt địa hình Hàm toán học dùng bài toán gần đúng ít thuận lợikhi dùng để vẽ bản đồ nhng chúng lại đợc dùng rộng rãi trong hệ thống máy tínhtrợ giúp thiết kế mô hình hoá bề mặt phức tạp

II.4.2.2 Phơng pháp ảnh

Mô hình đờng: Mô hình đờng ảnh địa hình thông dụng nhất là tập hợp

các đờng đồng mức để miêu tả các đờng cong đồng mức Các mặt cắt thờng làsản phẩm của hệ quả dùng để phân tích độ dốc, cấu trúc ảnh trực giao haybiểu đồ khối

Mô hình điểm:

* Ma trận độ cao: Dạng thông dụng nhất của DEM là ma trận độ cao

hay là lới ô chữ nhật thông thờng có đợc từ các việc đo định lợng các cặp ảnhhàng không lập thể trên các máy đo vẽ lập thể giải tích kiểu GESTALT GPM

II (Kelly, 1977) Ma trận độ cao có thể tạo ra từ việc nội suy các điểm dữ liệukhông gian một cách đều đặn hoặc không

Nhờ việc điều khiển dễ dàng các ma trận trong máy tính, đặc biệt là các

hệ thống thông tin địa lý trên cơ sở Raster, ma trận độ cao đã trở thành dạngphổ cập nhất của DEM Anh và Mỹ đã hoàn toàn đợc phủ bằng các ma trậntha (kích thớc ô 63.5 m ở Mỹ) tạo ra từ bản đồ địa hình 1/250.000 và các matrận có độ phân giải cao dựa trên bản đồ 1/50.000 hoặc 1/25.000 và ảnh hàngkhông đang trở nên ngày càng phổ cập hơn đối với hai nớc này và cả những n-